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随着近年来全球气候持续变暖,环境危机和能源消耗成为目前人类面临的一大难题。车身的轻量化有利于环保,而铝合金材料可以大大减轻车身结构件的重量,实现降低能源消耗、减少排放的目的。Al-Zn-Mg-Cu合金属于可热处理的变形铝合金,具有密度低、强度高、断裂韧性好、抗腐蚀性强等优点,近年来被作为轻量化材料广泛应用于制造汽车船舶、高速列车、航天飞机等交通领域的重要结构件。为充分挖掘Al-Zn-Mg-Cu合金的力学性能潜力,国内外研究者在合金成分优化设计、新型制备工艺开发、材料组织与性能之间的关系方面开展了广泛的研究。快速凝固技术制备铝合金具有晶粒细小、偏析少和固溶度高的特点,有利于提升Al-Zn-Mg-Cu合金的性能。基于以上原因,本文以Al-10.7Zn-2.4Mg-0.9Cu合金为实验材料,采用单辊熔体旋转法-冷压制坯-热压-热挤压的加工工艺以及后续热处理的技术路线,制备出晶粒细小均匀的高强铝合金棒材。本研究的主要结论如下:单辊熔体旋转法制备薄带实验表明,快速凝固具有显著的晶粒细化效果。单辊熔体旋转法获得的Al-10.7Zn-2.4Mg-0.9Cu合金带材厚度为92.7～153.7μm,薄带主要由平均晶粒尺寸为3.8μm的等轴细晶组成,仅为金属型铸锭晶粒尺寸的5%。采用传统金属型铸造试样的晶界上存在粗大的θ相（Al2Cu）,晶内粒子主要为η相（Mg Zn2）。由于快速凝固扩展了合金元素在Al基体中的固溶度,大量合金元素固溶于Al基体中,带材组织中未发现粗大第二相;铝基体发生晶格畸变,晶格常数略有增大。EBSD极图分析结果表明,带材无明显择优取向。TEM组织分析结果表明,带材中有少量η’亚稳相和较高的位错密度。挤压致密化实验表明,冷压坯料进行热挤压变形后,随挤压比的增大,合金晶粒尺寸不断细化且均匀性增强,带材冶金结合质量逐渐改善,Al-10.7Zn-2.4Mg-0.9Cu合金力学性能随之提高;随挤压温度的升高,合金晶粒有所长大,第二相颗粒不断粗化,力学性能先升后降。当挤压比为39.1,挤压温度为420℃时,对冷压坯料进行热压处理,热压温度为200℃时,制备的合金棒材力学性能最佳,此时变形合金断口中无明显带材结合界面,固溶于薄带基体的合金元素脱溶沉淀析出,形成大量细小弥散分布的η相。挤压态合金沿挤压方向有明显择优取向,主要形成<111>和<001>织构。对比分析快速凝固薄带冷压坯料、200℃热压坯料和金属型铸锭三种坯料热变形后合金组织与性能,发现金属型铸锭挤压后晶粒仍然粗大,且塑性变形无法完全消除传统冶金工艺形成的粗大非平衡共晶相,力学性能最差;受带材冶金结合质量的影响,虽然冷压坯料挤压后晶粒最为细小,但其力学性能依然不够理想;受带材冶金结合质量改善,细晶强化,织构强化以及第二相强化的共同作用,200℃热压坯料在450℃挤压变形后的棒材力学性能最佳,抗拉强度和伸长率分别为577.9 MPa和16.8%。热处理实验表明,Al-10.7Zn-2.4Mg-0.9Cu合金经480℃/0.5 h固溶处理后,峰值时效工艺为140℃/3 h,T6态合金晶内分布细小弥散沉淀相,晶界分布连续链状沉淀相,晶界附近无明显的晶界无析出带（PFZ）,其抗拉强度和伸长率分别为693.4 MPa和7.9%,断裂机制为韧-脆混合断裂;合金最佳双级时效工艺为120℃/2 h+160℃/2 h,此时合金晶内析出相尺寸略有长大,晶界析出相则断续分布,晶界附近明显出现较宽的PFZ,在此工艺条件下,合金抗拉强度和伸长率分别为594.5 MPa和15.5%,其断裂方式为韧性断裂;合金经过140℃/3 h+180℃/20 min+140℃/3 h的回归再时效处理后能获得较好的综合性能,组织兼顾单级时效和双级时效特征,沿晶界附近伴随有较窄的PFZ,抗拉强度和伸长率分别为662.8 MPa和13.8%,其断裂方式为韧性断裂。