一般地,抗拉强度在500MPa以上的铝合金称为超高强度铝合金[4]。Al-Zn-Mg-Cu系锅铝合金是典型的超高强度铝合金,最早开始的是对Al-Zn-Mg系铝合金的研究。Al-Zn-Mg-Cu系铝合金有着很多性能优势,例如:高强度、高硬度、经济耐用和易加工等,这些优点使得人们对Al-Zn-Mg-Cu进行深入研究。至今,Al-Zn-Mg-Cu系铝合金仍然是飞机制造业的主要原材料之一。
1、国外Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金的发展
19世纪30年代,W.Sander和K.L.Meissner在研究中发现:Al-Zn-Mg系合金在淬火和时效热处理之后可以获得很高的强度[5]。在这个基础之上,7xxx系铝合金逐渐发展起来。19世纪40年代初年,韦伯尔试验在合金中添加Cu元素和微量的Mn元素,研发成功世界上第一种Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金:Al~10%Zn~2%Mg~2%Cu~1%Mn(质量百分数,以下同),在淬火时效热处理之后,铝合金抗拉强度可达588MPa,屈服强度可达549MPa,延伸率为6%,而且能够在腐蚀的环境下工作,但是由于存在应力,使得工件偏向于开裂,所以综合考虑后并没有普遍地推广该系合金的使用[6]。1935~1939年,五十岚初次将铬加入到Al-Zn-Mg-Cu系合金中,研发出EDS超硬合金(Al~7.5%Zn~1.5%Mg~2%Cu~0.6%Mn~0.25%Cr),这种铝合金能够在压力大于600MPa的环境之下工作,并且还可以很好的抵抗外界介质的侵蚀,该系铝合金在飞机制造业中开始普遍使用[7]。在这之后,美国和前苏联分别开发出7075合金和B95合金,迈出了超高强度铝合金发展的重要一步。1954年,通过在7075合金的基础上提高Zn,Mg和Cu等元素的含量,研制出了7178-T651合金,该合金强度很大,但是在拉伸测量和韧性检测中发现其塑韧性并不理想。1968年,对已经获得的7001系合金的研究成果进一步探讨,通过减少Cu、Cr元素的含量,增大Zn/Mg比值米提高强度,并添加Zr元素取代Cr元素来抑制淬火敏感性和调整晶粒尺寸,美国创造出了强度、塑韧性和耐腐蚀性能都比较理想的7050合金,并且同年在美国铝业协会登记注册[8]。
前苏联在1960~1980年间,也研制了很多Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金[9]。1956年,前苏联学者在对Al-Zn-Mn-Cu合金化机理与合金性能见关系进行长时间研究之后,初次提出了用Zr来取代Cr,从而研制出高强度高合金化程度的B96ц合金;1968年在降低杂质Fe含量和添加Mn元素基础上,研发出B96ц-1合金;1970年进一步减少Fe,Si等杂质含量,同时又降低主合金元素含量,又开发出具有较好塑性而强度略微降低的B96u-3合金[10]。
新型铝合金的研发从未停止,而新型铝合金制备工艺的设计逐渐在世界范围内受到广泛关注。1974年以色列飞机公司的B.Cina初次提出了一种三级时效工艺—一回归再时效(ReressionandRe-Aaeina)热处理工艺,它在7075合金、7010合金、7150合金、7055合金的实际应用方面都已经取得良好效果。后来研究人员在试验中得到很多重要数据,对于铝合金的研究走向新的阶段。近代,常使用峰值时效制度,这样得到的合金能够有很大的屈服强度,然而,这个状态对应的晶内强化相是G.P区和η’相,链状析出物组成了晶界,此时的组织对应力腐蚀较为敏感,并且塑韧性也无法满足我们的期望。T73(前苏联为T3)双级过时效制度是ALOCAL公司开发的,它包含一级高温时效,时效时,在晶界上的析出物在保温过程中逐渐汇聚长大并粗化,微观组织得到了强化,同时,对应力腐蚀的敏感度下降,从而提高了断裂韧性。T76(前苏联为T2)制度是一种双级时效制度,目的是让合金工件能够在腐蚀环境下正常工作,它的时效程度低于T73,强度损失在19%~2%。为了保证强度和抗应力腐蚀性能相对平衡,又研制了T736制度。时至今日,这些时效制度在大型重工业生产制造中得到普遍应用,但是由于这些制度本身的局限性,它们都无法避免地降低了合金的强度。 国内外Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金研究现状:http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_204725.html