周動(dòng)林

（中國航發(fā)哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150066）

超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金以其高硬度與高強(qiáng)度的力學(xué)特性，在眾多合金材料中脫穎而出。由于本文研究的Al-Zn-Mg-Cu 組合金屬在應(yīng)用中具有顯著的高強(qiáng)度性能，因此在對此類組合金屬進(jìn)行工藝優(yōu)化處理過程中，更是對處理工藝的實(shí)施提出了更高的要求[1]。我國目前針對此種組合金屬的研究尚屬于一個(gè)嘗試性階段，常規(guī)的熱處理方法為淬火加熱處理，盡管此種淬火處理方式可實(shí)現(xiàn)對合金組織的熱處理行為，但由于此過程在實(shí)施中，未能全面的考慮到組合金屬受熱存在屈服能力低的問題，即便是Al-Zn-Mg-Cu 組合金屬具有高強(qiáng)度的性能，在受熱過程中也會(huì)出現(xiàn)裂紋甚至斷裂的現(xiàn)象出現(xiàn)[2]。因此，對于組合金屬的處理行為研究，應(yīng)從此方面入手，綜合我國對此方面的研究現(xiàn)狀也可知，處理Al-Zn-Mg-Cu 組合金屬過程中避免其出現(xiàn)裂紋甚至斷裂現(xiàn)象，也屬于行業(yè)未來發(fā)展的關(guān)鍵趨向。結(jié)合上述對組合金屬的相關(guān)分析，本文開展此方面的研究對于推動(dòng)我國金屬行業(yè)的發(fā)展是具有顯著推動(dòng)作用的。相比國際上一些發(fā)達(dá)國家，我國目前對于此方面的研究尚存不足，不僅技術(shù)上相對落后，同時(shí)目前也缺少相關(guān)成果對其作為支撐。因此本文將綜合我國對組合金屬處理工藝的研究現(xiàn)狀，開展此方面的深入調(diào)研，并希望通過本文課題的研究，為組合金屬的熱處理工藝實(shí)施提出及順層面的指導(dǎo)。

1 超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu合金熱處理工藝優(yōu)化方法

本文從三方面入手，優(yōu)化超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝。其具體優(yōu)化框架圖，如圖1 所示。

圖1 超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝優(yōu)化框架圖

結(jié)合圖1所示，針對圖中三方面的詳細(xì)優(yōu)化內(nèi)容，如下文所示。

1.1 超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時(shí)效插補(bǔ)

本文運(yùn)用NURBS 曲線方程自身的插值原理，通過時(shí)效插補(bǔ)的方式優(yōu)化超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝[3]。其具體流程為：首先，確定超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理時(shí)效插補(bǔ)NURBS 曲線的型值點(diǎn)以及權(quán)因子編程；再通過獲得節(jié)點(diǎn)矢量，計(jì)算系數(shù)矩陣；在此基礎(chǔ)上，通過控制頂點(diǎn)權(quán)因子對超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火頂點(diǎn)進(jìn)行控制；進(jìn)而得到NURBS 插值曲線開始熱處理加工。在此過程中，需要對超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時(shí)效插補(bǔ)誤差進(jìn)行分析，從而達(dá)到優(yōu)化熱處理工藝的目的。設(shè)超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時(shí)效插補(bǔ)時(shí)間誤差為γ ，則有公式（1）。

公式（1）中，T 指的是超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時(shí)效插補(bǔ)時(shí)間，單位為min；s 指的是實(shí)測超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時(shí)效插補(bǔ)，單位為min。通過公式（1），得出超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時(shí)效插補(bǔ)時(shí)間誤差[4]。為確定超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時(shí)效插補(bǔ)有效值相對誤差，本文設(shè)熱處理時(shí)效插補(bǔ)有效值為U ，則有公式（2）。

公式（2）中，K 指的是系數(shù)矩陣；I 指的是節(jié)點(diǎn)矢量。根據(jù)公式（2），可輸出超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時(shí)效插補(bǔ)有效值計(jì)算公式，進(jìn)而可推導(dǎo)出最終超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理時(shí)效插補(bǔ)NURBS 插值曲線的計(jì)算公式。設(shè)時(shí)效插補(bǔ)后的NURBS 插值曲線表達(dá)式為? ，則有公式公式（3）。

通過公式（3）可以得出超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時(shí)效插補(bǔ)后的NURBS 插值曲線，并以該曲線作為熱處理工藝中的軌跡線，優(yōu)化超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理。

1.2 均勻化熱處理超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金組織

在處理合金組織金屬過程中，應(yīng)考慮到鑄錠組織的狀態(tài)，會(huì)對Al-Zn-Mg-Cu 合金組織整體的形變造成影響，而發(fā)生影響后，其后續(xù)工藝以及最終的合金組織金屬均會(huì)產(chǎn)生一定的遺產(chǎn)效應(yīng)[5]。為了緩解這種遺傳效應(yīng)對金屬性能造成的影響，采用對其進(jìn)行均勻化熱處理的方式。處理過程中，對鑄錠進(jìn)行均勻加熱處理，此行為可能會(huì)產(chǎn)生合金組織部分的結(jié)構(gòu)的破碎，但卻可實(shí)現(xiàn)對其顯微性能的一致性。此過程持續(xù)20.0min～30.0min，均勻化熱處理后對其進(jìn)行靜置冷卻處理，通過上述處理的變形消耗，使Al-Zn-Mg-Cu 合金組織整體性能更強(qiáng)，以此在實(shí)現(xiàn)Al-Zn-Mg-Cu合金組織晶體析出的基礎(chǔ)上，完成對組織的均勻化熱處理，改善合金組織的金屬性能。

1.3 超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝回歸再時(shí)效

在均勻化熱處理超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金組織的基礎(chǔ)上，通過回歸再時(shí)效，優(yōu)化超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝[6，7]。將超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理分為三個(gè)時(shí)效階段，第一階段優(yōu)化目標(biāo)為保證超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金在低溫狀態(tài)下與峰值狀態(tài)一致；第二階段優(yōu)化目標(biāo)為保證超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金在高溫狀態(tài)下，晶界上連續(xù)鏈狀析出相聚集；第三階段優(yōu)化目標(biāo)為超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理回歸再時(shí)效存在非共格析出相，且無沉淀析出帶，以此實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝優(yōu)化。

2 實(shí)例分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

構(gòu)建實(shí)例分析，實(shí)驗(yàn)對象選擇超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金。超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金化學(xué)成分表，如表1 所示。

表1 超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金化學(xué)成分表

根據(jù)表1 所示，本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為對超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金進(jìn)行熱處理。首先，使用本文優(yōu)化設(shè)計(jì)熱處理工藝進(jìn)行超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理，通過MATALB 測試熱處理工藝屈服強(qiáng)度，并記錄，將其設(shè)為實(shí)驗(yàn)組；再使用傳統(tǒng)熱處理工藝進(jìn)行超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理，同樣通過MATALB 測試熱處理工藝屈服強(qiáng)度，并記錄，將其設(shè)為對照組。由此可見，本次實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容為測試兩種熱處理工藝的屈服強(qiáng)度，熱處理工藝屈服強(qiáng)度數(shù)值越高證明該工藝下的超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理延展性能越好。通過10 次對比實(shí)驗(yàn)，針對實(shí)驗(yàn)測得的熱處理工藝屈服強(qiáng)度，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表2 所示。

表2 熱處理工藝屈服強(qiáng)度對比表

通過表2 可知，本文優(yōu)化設(shè)計(jì)的熱處理工藝屈服強(qiáng)度明顯高于對照組，具有現(xiàn)實(shí)推廣價(jià)值。

3 結(jié)束語

通過超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝優(yōu)化研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理中存在的問題。由此可見，本文設(shè)計(jì)的熱處理工藝是具有現(xiàn)實(shí)意義的，能夠指導(dǎo)超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝優(yōu)化。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大本文優(yōu)化設(shè)計(jì)熱處理工藝在超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理中的應(yīng)用力度。截止目前，國內(nèi)外針對超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝優(yōu)化研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進(jìn)一步對超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，為提高超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理的綜合性能提供參考。