Al_Zn_Mg_Cu系超高强铝合金的研究进展

铝合金热轧变形抗力模型研究

铝合金热轧变形抗力模型的实验研究李晓娜 1（1.一重集团大连设计研究院有限公司工程师，辽宁大连 116600）摘要：7075铝合金属于Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金，是一种具有良好的综合力学性能的航空结构材料。

本文主要介绍了用Gleeble -1500热模拟试验机测定铝合金材料7075的热变形抗力、实验所采用的方法、变形抗力模型和峰值应变模型；分析不同应变速度和不同温度的流变应力曲线所显示的材料组织性能，总结出适合铝合金7075热轧的分段周纪华变形抗力模型，通过拟合曲线与实测数据的比较，反应出拟合出的分段周纪华变形抗力模型能准确地反映7075的热变形抗力，适用于铝合金热轧轧制力的计算。

关键词：铝合金；变形抗力；热模拟试验现代生活中铝板轧制产品被广泛应用于罐体、包装、家庭用品、屋顶、室内外装修、冷冻冷藏设备、家电产品、航空飞行器、地铁、新干线车辆等各个领域，是日常生活中不可缺少的材料。

铝板轧制技术主要是为了不断适应饮料罐用铝材的产量和质量要求而发展起来的。

热轧变形抗力模型的准确度对铝板热轧轧制力的计算精度有着至关重要的作用。

7075铝合金由于其良好的热加工性能，成为一种很重要的工程结构材料，并被广泛的应用于航天航空事业。

国内研究7075热轧变形抗力的还是比较少，因此一重与高校合作开展研究了铝合金7075热轧变形抗力模型。

本文提出了适合热轧铝合金生产用的拟和精度高的变形抗力模型，同时也对我国的有色企业生产提供了一定的理论和实践依据。

1 热轧变形实验研究方法1.1 实验方法热变形抗力可采用单道次压缩实验或扭转实验进行测量。

扭转实验的变形量可以很大，但试样表面和心部的应力应变分布不均匀，尽管薄壁管扭转实验可以解决这个问题，但这种方法用于测量高温变形抗力还有很多不便之处。

所以测金属高温变形抗力一般采用压缩法【1】。

所以采用热压缩方法在Gleeble -1500热模拟试验机上测定铝合金变形抗力。

为消除端面摩擦对变形抗力的影响，得到单向压应力，在Φ8mm×12mm圆柱体试样（见图1）上下端面车0.2mm深的凹槽，压缩过程中在凹槽中填充润滑剂，其化学成分为75%石墨+20%机油+5%硝酸三甲苯酯。

800 MPa级超强铝合金成分设计、制备技术及组织性能研究

800 MPa级超强铝合金成分设计、制备技术及组织性能研究Al-Zn-Mg-Cu系铝合金由于其高比强度、高韧、良好抗腐蚀性能等作为飞机结构件、汽车安全装置等零件材料而得到广泛应用。

超强铝合金是永恒的研究课题,尤其是800 MPa强度级的超强铝合金,一直是研究学者所追求的目标。

本文按照合金成分优化设计→热处理调控(固溶+时效)→变形加工各向异性的思路进行研究。

研究了不同Zn/Mg、Cu/Mg对铸态铝合金淬透性与铝合金轧制材组织性能的影响,选取综合性能较优的合金成分(Al-11.2 Zn-3.0 Mg-1.3Cu-0.2Zr)制备大尺寸超强铝合金挤压材。

之后研究了6种固溶工艺和3种时效工艺对大尺寸超强铝合金挤压材组织与性能的影响,最后研究了热压缩-挤压材超强铝合金在最佳热处理工艺下的组织性能与各向异性。

本文研究的组织与性能主要包括:晶粒、未溶相、位错、硬度、电导率、淬透性、力学性能及抗腐蚀性能。

具体的研究工作和试验结论如下:(1)研究了不同Zn/Mg、Cu/Mg值对Al-x Zn-3.0 Mg-y Cu-0.2 Zr铝合金铸态淬透性与轧制材组织性能的影响,其中Zn/Mg 值分别为:3.13、3.73、4.0;Cu/Mg值分别为:1.43、0.77;采用热处理工艺为:固溶(470 ~oC×2 h)+T6(121~oC×24 h)时效。

结果表明:对于铸态铝合金而言,增加Zn/Mg和Cu/Mg都会降低合金的淬火敏感性,验证了合金的淬透性与原子半径差总和呈负相关关系,即合金原子半径差总和越大,合金淬透性越差。

对于轧制材铝合金而言,增加合金的Zn/Mg值,会促进合金再结晶及晶粒长大。

适当增加合金中Zn/Mg值会起到强硬化作用,如Cu/Mg值为0.77时,当Zn/Mg 值从3.13升高到3.73时,硬度提高了8.8 HV,强度提高了49.268 MP,但是Zn/Mg 值升高到4.00时,硬度和强度反而降低。

新型超高强Al-Zn-Mg-Cu铝合金热压缩变形的流变应力行为

２２流变应力方程的建立．
研究表明 ’ ，属和合金的热加丁变形和高金温蠕变一样都存在热激活过程，变速率受热激活应过程控制。虽然热加工变形时的应变速率通常比蠕变时的应变速率大几个数量级，热加］仍可视为但＿
基本呈现稳态的动态同复型特征，流变应力先随即
应变的增加迅速升高，当真应变达到一定值后，真应
力并不随着应变的继续增大而发生明显的变化，呈
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硬化，方面由于位错的重排和湮灭，材料软化，一使
但由于软化不足以补偿位错密度增加带来的硬化，因此，变应力不断增加。随着变形量的增大，料流材
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从图１可以看出，相同的应变速率条件下，还在合金流变应力随变形温度的升高而显著降低。在相
同的变形温度下，金的流变应力随应变速率增加合而升高。这是因为：当应变速率恒定时，随着变形温度升高，基体中原子活动能力增强，原子问的结合力降低，金变形时临界切应力降低，多的滑移系得合更

超高强铝合金研究进展与发展趋势

引用格式：邢清源，臧金鑫，陈军洲，等. 超高强铝合金研究进展与发展趋势[J]. 航空材料学报，2024，44(2)：60-71.XING Qingyuan，ZANG Jinxin，CHEN Junzhou，et al. Research progress and development tendency of ultra-high strength aluminum alloys[J]. Journal of Aeronautical Materials，2024，44(2)：60-71.超高强铝合金研究进展与发展趋势邢清源1,2*, 臧金鑫1,2, 陈军洲1,2, 杨守杰1,2, 戴圣龙1,2*（1．中国航发北京航空材料研究院铝合金研究所，北京 100095；2．北京市先进铝合金材料及应用工程技术研究中心，北京100095）摘要：超高强铝合金具有密度低、比强度高等特点，广泛应用于航空、航天、核工业等领域。

合金的极限强度已从第四代铝合金的600 MPa级，逐步发展到650～700 MPa级、750 MPa级，甚至800 MPa级及以上第五代铝合金。

本文首先对超高强铝合金的发展历程和国内外发展现状进行概述；随后，从成分设计与优化、熔铸与均匀化技术、热变形技术、热处理技术、计算机辅助模拟计算共五个方面对近些年的研究进展和所遇到的问题进行了总结和讨论；最后，结合未来装备的发展需求和国内的技术现状，指出“深入研究基础理论，解决综合性能匹配等问题以及在特定应用场景下专用材料的推广应用”是超高强铝合金的发展趋势和重要方向。

关键词：超高强铝合金；Al-Zn-Mg-Cu系合金；熔铸法；高合金化doi：10.11868/j.issn.1005-5053.2023.000171中图分类号：TG146.21 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2024)02-0060-12Research progress and development tendency of ultra-highstrength aluminum alloysXING Qingyuan1,2*, ZANG Jinxin1,2, CHEN Junzhou1,2, YANG Shoujie1,2, DAI Shenglong1,2*（1. Aluminum Alloy Institute，AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials，Beijing 100095，China；2. Beijing Engineering Research Center of Advanced Aluminum Alloys and Applications，Beijing 100095，China）Abstract: Ultra-high strength aluminum alloy has achieved extensive application in the nuclear，aerospace，and aviation industries because of its high specific strength and low density. The fifth generation of ultra-high strength aluminum alloy has been produced，and in comparison to the fourth generation’s 600 MPa level，its ultimate strength has been consistently redefined and increased from 650-700 MPa to 750 MPa or even 800 MPa. This paper reviews the history of the research on aluminum alloys with ultra-high strengths and introduces the current state of development both domestically and internationally. The key issues and recent research development are further explored，including computer simulation，thermal deformation，heat treatment，homogenization，melting，and casting，as well as composition design. Finally，combined with the development needs of future equipment and domestic technology status，it is pointed out that in-depth study of basic theory to solve the problem of comprehensive performance matching，the promotion and application of special materials in specific application scenarios are the development trend and important direction of ultra-high strength aluminum alloy.Key words: ultra-high aluminum alloy；Al-Zn-Mg-Cu alloy；ingot metallurgy；high alloying超高强铝合金属于7×××系（Al-Zn-Mg-Cu系）合金，是该系列合金中的一个重要分支，具有低密度、高比强度等特点，被广泛用于航空、航天、核工业、兵器等领域，按照航空铝合金代次的划分，超高强铝合金已发展至第五代合金。

织构及组织结构对超高强铝合金平面力学性能的影响

织构及组织结构对超高强铝合金平面力学性能的影响马志锋;赵唯一;陆政【摘要】In order to master the impact of texture and microstructure on the in-plane anisotropy of tensile mechanical properties of ul-tra-high strength Al-Zn-Mg-Cu alloy ,the extruded plate and its isothermal forged piece were manufactured.The microstructure,tensile mechanical properties and the intensity of texture were tested and the Schmidt factors were calculated.The relationship of the texture, microstructure and the tensile strength anisotropy were observed by means of single crystal model with Schmidt factor and Hall-Petch law.The results show that the alloy is dominated by deformation texture after intense deformation,and deformation textures leads lower strength of 45°and causes anisotropies.Fibrous tissue formed by extrusion is the main reason of the anisotropy in L and LT directions. The increased strength caused by {1 10} <1 12 >Brass texture can counterbalance the anisotropy in L and LT directions caused by fi-brous tissue.The chainlike distribution of the second phase particles in grain boundary is the key factor of lower elongation of LT and the elongation anisotropy,also it is relevant to the grain strength changes caused by textures.%以自行制备的高合金含量的 Al-Zn-Mg-Cu 合金为试验材料，测试观察挤压带板及其制备的等温模锻件的织构类型及组分强度、组织结构、平面拉伸力学性能及各向异性指数，通过计算｛111｝＜112＞滑移系的施密特因子，采用单晶近似法分析平面拉伸力学性能各向异性与织构的关系，使用霍尔-佩奇定律分析了组织结构与平面拉伸力学性能各向异性的关系，结果表明：合金经剧烈变形后，以变形织构为主，变形织构会引起各向异性，导致合金45°方向强度偏低；挤压形成的纤维组织是引起挤压带板 L 向及 LT 向各向异性的主要原因。

时效态高强铝合金热变形行为及微观组织演变

时效态高强铝合金热变形行为及微观组织演变李萍;陈慧琴【摘要】采用热力模拟试验方法对具有时效态和过时效态初始组织的新型 Al-Zn-Mg-Cu 高强铝合金试样进行了热压缩实验，分析了在热变形过程中的流变行为和微观组织演变。

研究结果表明，时效态与过时效态试样都具有动态回复型流变应力曲线特征，且相同变形条件下时效态试样的流变应力高于过时效态流变应力，平均应力指数值分别为6.4525和5.6459，热变形激活能值分别为247.457 kJ/ mol 和178.252 kJ/ mol.两种状态试样热变形组织演变基本规律为：高温条件下，析出相溶入基体组织，晶粒长大倾向高；当变形程度较大时（60%~80%），可以获得细小的晶粒组织；低温变形条件下，析出相含量较高，晶粒长大倾向小。

比较发现，高温变形过程中，时效态试样晶粒长大倾向小，变形程度较大时晶粒组织更加细小均匀；而过时效态试样晶粒组织经历了变形较小时的粗化到变形较大时的细化。

%Hot-compression experiments of new Al-Zn-Mg-Cu alloy with as-aged and as-overaged starting structures were carried out by thermo-mechanical modeling testing method. Hot-deformation Behavior and microstructure evo-lution of the alloy with as-aged and as-overaged starting structures have been analyzed. The results indicate that both samples have the dynamic recovery flow stress curves with higher stress of as-aged samples at the same de-formation conditions. The average stress exponents are 6. 4525 and 5. 6459 respectively,and the average hot-de-formation active energy are 247. 457 kJ/ mol and 178. 252 kJ/ mol respectively for the as-aged and the as-overaged samples. Microstructure evolutions during hot deformation of both samples are that precipitatedphases dissolved in-to the matrix,and grain grows fast during deformation at higher temperature;while refined grains can be obtained when high reduction is great than 60% ~ 80% . However,the content of precipitated phases is higher,and grain grows slowly during deformation at lower temperature. By comparing analyses,it is shown that refined grains after lager strain are smaller and more uniform for the as-aged samples due to lower grain growth rate at the high temper-ature deformation conditions;while grain coarsening occurs at small strain and grain refining presents at large strain for the as-overaged samples at high-temperature deformation processes.【期刊名称】《太原科技大学学报》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】6页(P358-363)【关键词】高强铝合金;热变形;流变应力;微观组织【作者】李萍;陈慧琴【作者单位】太原科技大学，太原 030024;太原科技大学，太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TG146.2+高强铝合金是航天航空领域的主要结构材料[1]。

Al-Zn-Mg-Cu合金淬透性研究进展

ｔＯｄｅｔｅｒｍｉｎｅｑｕｅｎｃｈｅｄｄｅｐｔｈ，ＴＴＰｃｕｒｖｅｓ，ＣＣＴｃｕｒｖｅｓ，ＴＴＴｃｕｒｖｅｓ，ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｒ
ｓｅｎｔｉａｌｋｅｙｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｍｏｄｅｒｎａｅｒｏｓｐａｃｅｗｅａｐｏｎｓａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｉｎｏｔｈｅｒｆｉｅｌｄ．Ｂｕｔｆｏｒ
ｔｈｅｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙｏｆＡ１一Ｚｎ－Ｍｇ－Ｃｕａｌｌｏｙｓａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ａｍｏｎｇｔｈｅｍ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｉｎｃｌｕｄｅｅｎｄｑｕｅｎｃｈ－ｈａｒｄｎｅｓｓｍｅｔｈｏｄ
ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．ＴｈｅｎｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｎｔｈｅｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙｏｆＡ１－Ｚｎ－Ｍｇ－Ｃｕａｌｌｏｙｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｆｒｏｍｔｈｅａｓｐｅｃｔｓｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ｒｏｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｑｕｅｎｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｇｅｏ－

7075铝合金研究进展

7075系铝合金的国内外发展现状及趋势摘要：Al-Zn-Mg-Cu系铝合金是目前航空航天上的主要受力构件。

本文就其热处理方式、强化机制进行概述；对其国内外发展现状进行介绍，并对其今后发展趋势大胆地展望。

关键词：7075 Al-Zn-Mg-Cu系铝合金国内外发展现状0 前言铝作为地壳中储量最多的元素之一，约占地壳总质量的8.2wt%，由于铝在大气总比较活泼，其通常以氧化物的形式存在，而在Al2O3中提取Al通常采用的是电解法，提取比较困难，所以铝的发展历史迄今都不超过200年。

当年，英国皇家学会为表彰门捷列夫对化学的杰出贡献，不惜重金制作了一只铝杯，赠送给门捷列夫。

当前随着航空航天技术飞速发展，铝合金及其复合材料因其比强度较高，优良的抗腐蚀能力，优异的成形性能在航空航天上得到广泛的应用。

7075（Al-Zn-Mg-Cu）系超硬铝合金是上个世纪40年代末最早应用于飞机上的铝合金材料，之后，通过添加其它种类合金元素，改变其合金元素的含量以及改变其热处理工艺得到诸多性能优良的航空航天材料。

别士强等人在Al-Zn-Mg-Cu系铝合金中添加Ni进行研究，结果表明，0.25%的Ni含量在该合金中除中和铁生成Al9FeNi 相外, 还生成了强化相Al7Cu4Ni , 在时效过程中起沉淀硬化作用。

1 Al-Zn-Mg-Cu系铝合金Al-Zn-Mg-Cu系铝合金是目前强度最高的一类铝合金，其强度500~700MPa，在加上其优良的工艺性能，使得它成为航天航空工业上重要的结构材料。

它是在Al—Zn—Mg 系合金的基础上发展起来的，属于可热处理强化铝合金，其屈强比高，比强度也很高，但塑性较低，耐蚀性相对于纯铝较差，疲劳强度也不高，通常提高其耐蚀性采用包铝的方式。

使用温度高于 120℃时会急剧软化，其中固溶体分解，弥散相急剧长大。

其化学成分主要为：化学成分/%,不大于其他杂质/%,不大于2 Al-Zn-Mg-Cu 系铝合金的热处理方式Al-Zn-Mg-Cu 系超硬铝合金通常采用退火、淬火、时效（固溶加时效）的工艺进行热处理，从而得到较高的力学性能。