Al-Zn-Mg-Cu 7xxx系合金是一种高强高韧铝合金,经过不断优化合金成分设计、改变各种微量元素的添加种类及含量、开发合金的新型热处理工艺等,相继开发了7075,7049,7050,7055,7076,7178完美电竞官方网址,7175,7475,B95和B96等高性能合金。结合对传统铸造及变形加工、后续热处理工艺的不断优化改进,使合金的极限抗拉强度范围从早期的500 ~ 580 MPa提高至630~680 MPa,同时材料的塑性、断裂韧性和耐腐蚀性能也得到了提高完美电竞官方网址。
20世纪80年代以后,人们开始采用粉末冶金工艺制备7xxx系铝合金材料,成功地在实验室里制备出了抗拉强度为700 MPa以上的超高强铝合金。但由于传统粉末冶金技术工艺过程繁琐、对设备要求高,导致制备大尺寸块体材料困难及生产成本高昂,因此限制了该工艺生产超高强铝合金的实际应用。
随着以喷射成形技术为代表的新工艺在90年代走向大规模实用,以产业规模制备各种实用化的超高强7xxx系铝合金材料及产品逐步变为现实。喷射成形技术是一种新型的快速凝固技术,其特点介于铸造和粉末冶金之间。喷射成形与粉末冶金法相比,生产工艺简单,成本较低,金属含氧化物少,可批量生产;与铸造法相比,最大的优点是可以制备铸造法无法生产的高合金化铝合金完美电竞官方网址。利用喷射成形技术制备的材料,除保持了晶粒细小、组织均匀、能够抑制宏观及微观偏析等优点外,由于从合金熔炼到坯件近终成形可一次完成,与传统工艺相比,减少了材料在整个制备工艺过程中被氧化的可能性,缩短了制备流程,降低了成本,且易于制备大尺寸块体材料,制锭重量大 可达1000 kg 以上 。所以采用此方法开发制造具有高性能的超高强铝合金,有着非常好的发展前景。
北京有色金属研究总院采用喷射成形方法制备了Al10Zn2.9Mg1.7Cu0.1Zr高强高韧铝合金,对喷射成形工艺参数进行了优化,对沉积坯件的热挤压工艺、热处理工艺进行了探索,在发展低成本、高效率的Al-Zn-Mg-Cu系高强高韧铝合金生产工艺方面获得了进展。他们的喷射成形实验在自行研制的喷射成形设备上进行,选用自行配制的Al-Zn-Mg-Cu系高强高韧铝合金原料,成分为质量分数: 10Zn,2.9Mg,1.7Cu, 0.1Zr,其余为Al。将沉积态合金棒坯剥皮后进行热挤压,热挤压后基本消除了孔洞,达到完全致密化,同时使材料的组成相更加细小;然后进行T6峰时效热处理工艺(450℃/3h+485℃/3 h固溶处理+120℃/24 h)。
结果表明,喷射成形工艺制备的Al-10Zn-2.9Mg-1.7Cu合金的各项常规力学性能要远高于采用传统工艺生产的7075合金和粉末冶金PM7090合金等高强高韧铝合金。经热处理后,材料的极限抗拉强度达到了810 MPa,同时延伸率保持在8%~11%,拉伸断口为典型的韧性断裂。这些性能得益于喷射成形技术所获得的均匀细小的微观组织,避免了明显微观和宏观偏析,并利用快速凝固的优点,突破了传统7XXX系高强铝合金的成分设计限制,将Zn+Mg总量增加至13%。