張人杰 尚麗麗

摘 要：因為鋁合金無磁性、密度較低、散熱功效好，同時具備非常高的強度，因此現階段在各個領域均有著大量的運用。7xxx系鋁合金是一種中高強度鋁合金，不僅具備較高的強度，同時具備極強的加工性能與焊接性能等，其必然會獲得大量的運用。本文就7xxx系鋁合金的熱處理工藝進行深入地探討。

關鍵詞：7xxx系鋁合金；熱處理；工藝

1 引言

高強鋁合金憑借其強度高、密度較小以及優(yōu)異的焊接性能等大量的運用至航空航天等相關機構。所以，各個國家的材料研究人員近幾年內始終高度關注對于超高強鋁合金的分析。經過改善合金的組分，運用全新的制坯手段與熱處理技術，研制出不但具備600 MPa級抗拉強度，同時可以維持極強的耐腐蝕性、韌性與成本費用偏少的超高強鋁合金，進而推動此原料在航空工業(yè)領域的充分運用。

2 7xxx系鋁合金發(fā)展簡介

在二十世紀初期，德國學者便開發(fā)出了Al-Zn-Mg系合金，然而因為此類合金抗剝落性與抗SCC性較差并沒有獲得產業(yè)運用。由二十世紀三十年代至二戰(zhàn)結束這一時間段內，專家學者們在分析過程中發(fā)現Cu元素能夠加強合金的綜合力學性能，研發(fā)出了大量的Al-Zn-Mg-Cu系合金，卻完全忽略了對于Al-Zn-Mg系合金的分析。蘇、美等國家以Al-Zn-Mg-Cu系合金為基石研發(fā)出了B95、7075等合金，當今依然有著大量的運用，然而在運用過程中仍然無法達到抗SCC性、強度以及韌性間的最優(yōu)組合。在二十世紀中葉，德國開發(fā)出了具備較強焊接性能的合金AlZnMg2與AlZnMg1，吸引了人們對于Al-Zn-Mg系合金的高度關注。在這一階段，以AlZnMg1合金為基石，美國專家融入了M n、Cr以及Zr等其它相關元素，開發(fā)出了7004與7005合金，取得了優(yōu)良的抗SCC性能與焊接性能，然而合金的工藝性能并不是非常之好，因此日本專家經過減少Mg含量與增加Zn/Mg值開發(fā)出了ZK61與ZK60和合金，取得極高的工藝性能與焊接性能，然而強度卻急劇降低；除此之外，在相同階段，前蘇聯(lián)同樣開發(fā)出了1915、1933合金，然而其強度相對較低。為了能夠加強強度，在二十世紀七十年代開發(fā)出了7020合金，其可焊接性強、強度較高。在此以后，人們的關注度又轉移到了Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金中。在二十世紀八十年代初期，美國專家以7075合金為基石，為了妥善處理工業(yè)運用SCC敏感性偏高的問題及達到部分獨特的需求，經過調節(jié)合金元素的具體含量，同時研發(fā)出了幾類全新的合金（7070、7175以及7178等等）。

3 7xxx系鋁合熱處理工藝

3.1 均勻化

均勻化也就是把鑄錠加溫至靠近同相線又或是共晶溫度，長期保溫以后冷卻至室內溫度，以使得可溶解的相組織全面溶解，產生過飽和固溶體及少許零散析出的細小質點。均勻化主要有二級均勻化、單級均勻化以及強化均勻化等等。其間強化均勻化與二級均勻化等是現階段工藝運用的主要發(fā)展趨勢。

單級均勻化能夠避免7xxx系鋁合金里面的低熔點元素發(fā)生過燒，加熱溫度相對偏低，均勻化成效相對較差；二級均勻化是最初產生的一類均勻化手段，因為7xxx系鋁合金里面共晶相的同溶程度完全不一樣，其共晶溫度、共晶相構成以及共晶存在的狀態(tài)同樣完全不一樣，因此7xxx系鋁較適用二級均勻化。強化均勻化是經過稍超過以往均勻化的溫度，大大增加均勻化的時間以實現均勻化的目標，均勻化程度較差，材料的鑄態(tài)組織獲得顯著優(yōu)化。伸長率與以往的均勻化相比增加了10%～15%，強度同樣相對偏高，然而加工效率卻非常之低。

二級均勻化的級別優(yōu)先于單級均勻化，然而強化均勻化和二級均勻化對比而言，是以消耗大量的工藝時間為基礎，在不形成過燒的溫度背景下，加強了非均衡的過飽和固溶體與枝晶間粗大的均衡第二相的均勻程度，并且降低了第二相的體積分數，其對于加強7xxx鋁合金的熱塑性有著非常重要的意義。

3.2 固溶處理

針對7xxx系鋁合金實施固溶處理是為了能夠取得過飽和固溶體，以使得Mg、Cu、Si以及Zn等相關的硬化溶質能夠均勻地滲入到鋁基體里面，能夠取得過飽和高密度固溶體，并且轉變了7xxx系鋁合金的過剩相的晶粒尺寸、數目以及形態(tài)的的固溶度，為接下來熱處理完成好組織層面的準備工作。最為常用的工藝包含：單級固溶、多級固溶以及強化固溶等等。

3.3 時效

時效是經過轉變7xxx系鋁合金的時效工藝數據以優(yōu)化合金的顯微組織，進而加強合金綜合性能的一類熱處理工藝。現階段較為常見的有：單級時效、雙級時效等等。

針對7xxx系鋁合金而言，單級時效僅僅和時間與溫度數據相關，溫度起著主導性的作用。溫度愈高，實現峰值所需要的時間也就愈少，電導率的上升也就更加之快。然而材料的強度和伸長率降低較為顯著，材料的韌性、強度以及抗SCC性等遭受時效環(huán)境的影響極其明顯。

雙級時效是先低溫、后高溫兩個不同的時期。在低溫背景下取得GP區(qū)為主導的細小沉淀相，部分可以在高溫時效溫度背景下平穩(wěn)存在的GP區(qū)首先成核轉化，等同于形核時期。但是在后高溫時期，經過過渡相的沉淀與晶界架構的改變，進而取得均勻分布的MPt與較大不持續(xù)的GBP架構，等同于穩(wěn)定化時期。雙級時效促使合金的晶界與晶內能夠析出相具備顯著的長大與粗化特點。同時伴隨第二級時效溫度的增加，晶界與晶內的析出物漸漸生長。晶界析出相的布局更為零散，其為優(yōu)化合金的抗應力腐蝕性能奠定了較好的基礎，然而其強度卻不斷下降。

3.4 深冷處理

7xxx系鋁合金經過固溶處理取得高強度韌性之時，同時存在著較多的淬火殘余應力。在較大程度上削弱了航空部件的抗疲勞性與抗SCC性，及機械制造尺寸的不平穩(wěn)性等等。因為固溶處理自身的工藝特征，難以運用高溫以應力退火。同時很難經過機械振動、拉伸又或是壓縮等應力去除方式，所以部分專家創(chuàng)新出了深冷處理，同時大量應用于7xxx系鋁合金中。

3.5 形變熱處理

形變熱處理是一種經過塑性形變與熱處理相互融合的工藝方式，以優(yōu)化過于沉淀相的布局與合金的精細架構，以得到極強的抗腐蝕性與強韌性。其是在1981年的時候由Wert等人所提出的一種工藝，此種工藝大都運用于字航架構的合金。相關研究表明，形變熱處理對于7475、7050合金的力學性優(yōu)化有著非常顯著的成效。近幾年內，人們對于超塑性能的加強進行了大量的分析，然而針對熱處理丁藝的分析卻非常之少。

4 結論

總而言之，7XXX系鋁合金憑借其高強度、小比重以及良好的焊接性能等優(yōu)勢，已經發(fā)展成大量運用于航空航天業(yè)的重要材料之一，各個國家的材料研究者對于7XXX系鋁合金始終維持著較高的關注度，在較大程度上推動了7XXX系鋁合金在各行各業(yè)中的運用。

參考文獻：

[1]王建，王杰芳，郭巧能，等.Al-Cu-Mg-Ag合金熱處理工藝的研究進展[J].金屬熱處理，2015（03）.

[2]秦國帥，楊漢嵩，何春霞.高強Al-Zn-Mg系7075合金熱處理工藝[J].金屬熱處理，2015（12）.

[3]任建平，宋仁國，陳小明，等.7xxx系鋁合金熱處理工藝的研究現狀及進展[J].熱加工工藝，2009（03）.