山东大学陈良团队：人工时效对新型高强度7系铝合金组织性能影响

　　变形工艺和热处理对于获得性能优异的7xxx铝合金至关重要，本文报道了7A99铝合金人工时效过程中析出演变，时效参数对机械性能和耐应力腐蚀的影响。发现时效前2%的预拉伸可以将屈服强度、抗拉强度和伸长率分别提高到598 MPa，632 MPa和13%。过时效样品表现出最好的抗应力腐蚀。为析出强化型Al-Zn-Mg-Cu合金的研究及应用奠定基础。

　　7xxx系列铝合金是析出强化型Al-Zn-Mg-Cu合金，由于其低密度，优异的机械性能和出色的可加工性而被广泛用于航空航天工业。高强度与良好的延展性可以赋予合金卓越的抗损伤能力和高耐用性。在过去的几十年中，人们一直致力于提高7xxx铝合金的性能。通常对7xxx铝合金进行热处理，以获得具有精细组织的变形合金，然后进行固溶和不同的时效处理，经RRA（retrogression&reaging）处理的合金具有强度和韧性的良好组合，可以实现具有良好耐蚀性的高强度，但RRA处理成本高昂且浪费时间，工艺复杂。因此，适当的变形工艺和热处理设计对于获得性能优异的7xxx铝合金至关重要。

　　7A99铝合金具有良好的机械性能和耐腐蚀性能。7A99铝合金已成为军事工业，船舶和航空航天领域的潜在材料。然而，没有关于7A99铝合金人工时效过程中的微观结构和析出演变报道，并且尚不清楚时效参数对机械性能和耐应力腐蚀（SCC）响应的影响。

　　日前，山东大学陈良教授团队对具有较高Zn和较低Cu含量的7A99新型高强度铝合金进行了研究。对均质化的7A99铝合金进行了一系列热机械加工，包括热挤压，固溶和人工时效。研究了时效期间的析出行为，进行了拉伸测试和慢应变速率拉伸（SSRT）测试，以评估欠时效，峰值时效，过时效和预拉伸样品的机械性能和耐SCC性。相关论文以题为“Effects of artificial aging on microstructure,mechanical properties and stress corrosion cracking of a novelhigh strength 7A99 Al alloy”发表在Materials Science and Engineering A。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509320303026

　　7xxx铝合金的常见析出顺序可归纳为：固溶→GP区→亚稳η′→稳定η。亚稳态η'与Al基体是半共格的，被认为是T6状态下的主要强化析出物。η相与Al基体非共格，其尺寸比η'相大得多。该研究揭示了仅精细GPI区负责η'相的形成，并且精细GPI区向η'相的转变是形成η'相的主要机理。可以通过适当地控制析出物的大小和密度来进一步提高材料性能。

　　研究表明：均质的7A99 Al拥有等轴晶粒，尺寸约为100µm，并且含有大量Mg(Zn Cu)2相。大多数相在溶解到Al基体中，仅残留不溶的Al7Cu2Fe。GPI区和η'相均出现在欠时效和峰值时效。随着时效时间的进一步延长，形成了较大尺寸的稳定η，并在过时效状态下占主导地位。在150°C时效过程中7A99铝合金的遵循沉淀固溶→GPI区→亚稳η'→稳定η的顺序。

图1均质的7A99铝合金的微观结构

图2。ab欠时效；cd峰值时效；ef过时效样品的<100>Al取向的明场TEM图像

图3。ab欠时效；cd峰值时效；ef过时效样品的的SAED

图4沿<110>Al方向的ab欠时效；cd峰值时效；ef过时效样品的HRTEM图像

　　7A99铝合金的拉伸性能主要取决于析出物的体积分数和尺寸。峰值时效样品显示了622 MPa的高UTS和10.2%的中等伸长率的良好组合。欠时效和过时效的样品表现出相对较低的强度和较高的伸长率。时效前2%的预拉伸进一步将YS，UTS和伸长率分别提高到598 MPa，632 MPa和13%。过时效样品表现出最好的抗SCC性，典型的韧性断裂。欠时效和峰值时效的样品容易发生晶间裂纹。在峰值时效的7A99铝合金中25%的伸长率损失相对较低。耐SCC性归因于存在粗大和不连续的GBPs和较宽的PFZ，这可能会阻止活性腐蚀路径的发生。

　　综上所述：这项研究的重点是高强度7A99铝合金的人工时效。建立了微观结构，力学性能和耐SCC性之间的关系。进一步拓宽了7xxx铝合金的研究，为更多析出强化型Al-Zn-Mg-Cu合金的研究及应用奠定基础。