【摘 要】
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7xxx系铝合金因具有优异的力学性能被广泛应用于航空、航天及高速列车等众多领域,但由于其合金化程度高,也存在成形性差、耐蚀低等问题。因此,从合金化设计的角度出发,可以采用微合金化或者改变主合金元素比例的方式对其性能进行调整。鉴于一种元素含量的调整往往会对其他元素产生影响,所以深入研究合金组元之间的交互作用对合金设计有重要的指导意义。此外,通过形变影响合金早期析出产物,进而改变其时效析出过程,也是改
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7xxx系铝合金因具有优异的力学性能被广泛应用于航空、航天及高速列车等众多领域,但由于其合金化程度高,也存在成形性差、耐蚀低等问题。因此,从合金化设计的角度出发,可以采用微合金化或者改变主合金元素比例的方式对其性能进行调整。鉴于一种元素含量的调整往往会对其他元素产生影响,所以深入研究合金组元之间的交互作用对合金设计有重要的指导意义。此外,通过形变影响合金早期析出产物,进而改变其时效析出过程,也是改善合金性能的一种思路。本文以低Zn含量的中强7xxx系铝合金作为研究对象,逐一改变组成元素含量。采用透射电子显微镜（TEM）、三维原子探针（3DAP）等表征技术,以及硬度和拉伸等测试手段,系统研究了:（1）微量Ag元素的添加对Al-Zn-Mg-Cu合金人工时效过程中析出强化行为和微观组织的影响;（2）Al-Zn-Mg-Cu-（Ag）合金人工时效时基体和析出相的组成演变;（3）Cu和Zn含量对Al-Zn-Mg-Cu-Ag合金人工时效组织和性能的影响;（4）不同压缩变形量对自然时效态Al-Zn-Mg-Cu-Ag合金微观组织的影响。主要的研究结论有以下几点:（1）Al-4.2Zn-2.8Mg-1.0Cu-x Ag（x=0、0.2、0.4）合金在120℃、150℃和180℃时效均存在T?和η?相的共同强化,其中η?相的比例随着Ag含量的增加而增加。Ag的添加使析出相变得细小密集均匀,从而提高了合金的时效强化作用和综合拉伸性能。（2）在120℃、150℃和180℃人工时效早期,Al-4.2Zn-2.8Mg-1.0Cu-x Ag（x=0、0.2、0.4）合金中析出相的形核过程符合“空位团簇机制”。时效最早期（1-5 min）,Ag的添加对Zn和Mg在三个时效温度下的析出都有抑制作用,对Cu析出的影响与温度有关（120℃时无影响,150℃和180℃时有促进作用）。随着时效温度的升高,各溶质元素的析出百分数和在析出相中的平均含量均增加。（3）Ag对Zn、Mg、Cu脱溶析出行为的影响与时效时间有关,150℃时效过程中,Ag抑制Zn、Mg在时效最早期（1-5 min）和时效后期的析出,促进其在时效中期的析出;Ag促进Cu在时效早中期的析出,抑制其在时效后期的析出。Ag对η′相的促进作用与形核阶段团簇中（Zn+Cu）/Mg比的增加有关。Ag抑制析出相粗化的作用与析出相两级分化的组成特点有关,大多数析出相具有低Zn/Mg比、高Cu和高Ag的特点,有利于提高析出相的稳定性。（4）Cu在Al-Zn-Mg-Ag合金中产生了快速早期时效强化作用,这主要源于Cu对固溶态合金中溶质元素偏聚行为的促进作用。添加1.0 wt.%Cu对Ag元素的促进作用最为显著,添加2.3 wt.%Cu对Zn、Mg、Ag元素均有较大的促进作用。Cu的添加可以延缓析出相的粗化行为,这与Cu原子在析出相与基体界面附近的富集有关。（5）增加Zn含量显著提高了Al-x Zn-2.8Mg-1.0Cu-0.4Ag合金的时效析出动力学以及时效强化能力。无论是低Zn还是高Zn合金,在峰时效阶段脱溶析出程度较高的元素均为Zn和Ag,过时效阶段脱溶析出程度较高的元素均为Mg和Cu。但是增加Zn含量,并且显著促进Mg和Cu的析出,加快合金的过时效软化行为。（6）Al-4.2Zn-2.8Mg-1.0Cu-0.4Ag合金在弹性变形阶段已有位错出现,但数量较少,呈离散分布;进入塑性变形阶段后,位错大量增殖,逐渐出现缠结现象,继而发展为位错胞结构。随着应变量的增加,团簇的数量密度和体积分数先降低后升高;溶质原子的析出量先降低后增加,且变化程度从高到低依次为Ag>Zn>Mg>Cu;团簇中溶质元素的组成中Zn含量先降后增,Mg含量先增后降,Cu含量逐渐增加,Ag含量逐渐降低。（7）从合金成分设计出发,可以在Al-Zn-Mg合金中同时添加Ag和Cu元素;从变形调控团簇出发,采用预时效与低应变量变形结合的方式有利于得到更为细小密集的团簇组织,为后续的时效强化相的转化提供良好的基础,从而有望提高合金的强度。
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