最典型的超硬鋁7075合金

7075合金是最典型的航空超硬鋁，既是一個(gè)“古老”的AL-Zn-Mg-Cu系合金，又是一“精力”旺盛的年輕合金，說它“古老”是因?yàn)樗鞘讉€(gè)定型的超硬鋁，1944年定型，當(dāng)時(shí)在美國、日本、前蘇聯(lián)就用于制造飛機(jī)，至今只不過74“歲”，還處于“中老年”階段，說它“年輕”，是因?yàn)楝F(xiàn)在它還是航空航天器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的主要材料，看來只有在復(fù)合材料可以大批量工業(yè)化生產(chǎn)且價(jià)格降低到與超硬鋁有競爭力時(shí)，超硬鋁才會退出歷史舞臺，讓位給復(fù)合材料。

經(jīng)過70余年的發(fā)展，7075合金已形成一個(gè)相當(dāng)大的家族，現(xiàn)在常用的合金有7075/7175/7475合金，7275合金因性能不盡如人意，成為一個(gè)非常用合金，7375合金則被徹底淘汰，再也不用它了。3個(gè)常用合金的化學(xué)成分見表一：

表一 3個(gè)常用合金的化學(xué)成分

由表一中的數(shù)據(jù)可見，7175合金比7075合金干凈，而7475合金則更干凈，即它們的雜質(zhì)含量一個(gè)比一個(gè)低，例如7475合金的硅含量僅為7075合金的25%，即比7075合金的小0.30個(gè)百分點(diǎn)，因而7475合金有更高的韌性與更好的綜合性能。

7075合金是鋁-鋅-鎂-銅系可熱處理強(qiáng)化的高強(qiáng)度變形鋁合金，是超硬鋁中的元老，但還不是大佬，因?yàn)檫€有強(qiáng)度性能更大的，可用它加工所有的半成品，用于制造各種各樣的結(jié)構(gòu)件，特別是航空航天器結(jié)構(gòu)件，是當(dāng)今使用最廣泛的高強(qiáng)度鋁合金，大到C919大飛機(jī)前機(jī)身長桁、旅客觀察窗框鍛件，中機(jī)身鈑彎和長桁、龍骨梁腹板、地板轉(zhuǎn)折梁，中后機(jī)身長桁、旅客觀察窗框鍛件、貨艙門框，機(jī)頭前壓力框緣頭、艙門框等等；小到手機(jī)外殼。它有多種熱處理狀態(tài)：T6、T73、T76、T77。T6狀態(tài)材料有最高的力學(xué)強(qiáng)度性能，但斷裂韌性偏低，對應(yīng)力腐蝕敏感，且因其韌性隨溫度降低而下降，因此，T6 狀態(tài)材料不宜用于制造低溫結(jié)構(gòu)件與工件；T73材料強(qiáng)度最低，但有相當(dāng)高的斷裂韌性、良好的抗應(yīng)力開裂性能和抗剝落腐蝕性能；T76材料的強(qiáng)度比T73材料高，比T6材料抗應(yīng)力腐蝕開裂性能高。7075合金的靜態(tài)強(qiáng)度性能比2024和2124合金的高，疲勞性能與其相當(dāng)。O狀態(tài)和W狀態(tài)材料具有良好的室溫成型性能。

7075合金可以電阻焊，工件的長期工作溫度≤125℃。材料或工件的不完全退火規(guī)范290℃~320℃，保溫2h~4h后，出爐空冷；完全退火規(guī)范（390~430）℃/（0.5~1.5）h,以不大于30℃/h的降溫速度冷至≤200℃，然后空冷。

7075合金板材的固溶處理溫度460℃~490℃，其中鋁板材的處理溫度宜接近下限，且重復(fù)處理次數(shù)不得多于2次，以免合金元素?cái)U(kuò)散穿透包鋁層，降低材料的抗腐蝕性能；擠壓材的加熱溫度460℃~471℃。保溫后在室溫水或溫水或其他適宜的冷卻介質(zhì)中淬火，轉(zhuǎn)移時(shí)間應(yīng)＜15s。
厚板和擠壓型材在淬火后會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，在時(shí)效處理前必須進(jìn)行拉伸，使其降低到允許的范圍內(nèi)，因此把這種拉伸稱為預(yù)拉伸，預(yù)拉伸量為1.5%~3%，否則會發(fā)生嚴(yán)重的變形。7075合金的時(shí)效制度見表二。

表二 7075合金的時(shí)效制度

7075合金通常在燃?xì)鉅t或電爐內(nèi)熔煉，用立式半連續(xù)法鑄造，鑄成適合于軋制的扁鑄錠或擠壓圓錠。合金的熔化溫度477℃~638℃，熔煉溫度700℃~745℃，鑄造溫度690℃~710℃。鑄造小規(guī)格工件，也可以用坩堝爐熔煉。

材料的熱導(dǎo)率與其狀態(tài)有關(guān)，25℃時(shí)，T6材料的熱導(dǎo)率為124W/（m·℃），而T73材料的則高一些，為156W/（m·℃）。7075-T6合金的比熱容（25℃時(shí)）為796J/（kg·℃）。7075合金的密度2.8g/cm3,室溫下電阻率57.4nΩ·m,而電導(dǎo)率大小則與材料狀態(tài)有關(guān)，T6 材料的為17.7MS/m~20.6MS/m,T73、T76材料的為22.0MS/m~24.4MS/m。

與其他鋁合金一樣，7075合金具有強(qiáng)的抗氧化性能，除應(yīng)力腐蝕以外，對一般腐蝕的耐受性能與2024合金相當(dāng)。7075-T6合金對應(yīng)力腐蝕開裂極為敏感，尤其是段橫向（ST）上的，而T73和T76材料的這種性能卻得到很大的改善，T73材料有最高的抗應(yīng)力腐蝕開裂能力，而T76材料不但有高的強(qiáng)度，且抗應(yīng)力腐蝕開裂與抗剝落腐蝕能力也相當(dāng)高。

7075合金供應(yīng)的品種及規(guī)格

7075合金的組織有α-Al固溶體及第二相組成，按第二相生成機(jī)理可將其分為三類：

初生金屬間化合物Al7FeCr、Al3Fe、Mg2Si等，他們是鑄錠凝固時(shí)形成的，尺寸較大，在光學(xué)顯微鏡下呈塊狀，在壓力加工過程被破碎，往往成串排列，其尺寸為0.5μm~10μm,在隨后的加熱過程中不溶于固溶體，熱處理時(shí)不會發(fā)生變化，使材料的斷裂韌性下降。

含鉻的彌散質(zhì)點(diǎn)Al12Mg2Cr和Al18Mg3Cr2(E相)，是在合金均勻化、熱加工前的加熱及固溶熱處理時(shí)從固溶體中析出的，它們對合金的再結(jié)晶過程和晶粒長大有明顯的阻礙作用。

時(shí)效強(qiáng)化質(zhì)點(diǎn)。它們在合金固溶處理時(shí)融入固溶體中，從固溶體中析出，其形狀和尺寸決定于時(shí)效溫度，對合金性能有明顯影響。T6材料的強(qiáng)化質(zhì)點(diǎn)主要是尺寸≤1μm的GP區(qū)；T76材料的強(qiáng)化質(zhì)點(diǎn)基本上是5nm~6nm的過渡相；T73材料的主要強(qiáng)化相則為8nm~12nm的過渡相及20nm~80nm的η相質(zhì)點(diǎn)。

7075-O材料的成型性能不如2024-O合金的，但在180℃~370℃時(shí)卻有良好的成形性能，在此溫度范圍內(nèi)的保溫時(shí)間應(yīng)大于≥2h。7075-W合金的成形性能與2024-W合金的相當(dāng)，室溫時(shí)，淬火后的停放時(shí)間＜30min 具有最好的成形性能，這種良好的成形性可保持4h。7075-T6合金的室溫成形性較差，但是，若加熱到150℃~220℃則可以顯著提高其成形性能。

7075合金厚板及矩形棒材的斷裂韌性

7075合金不宜熔焊，電阻焊適應(yīng)性不如2024合金的。7075合金零件熱處理工藝按GJB1694進(jìn)行，固溶處理保溫時(shí)間宜≥25min，否則不會獲得滿意的強(qiáng)度，雖然固溶體和人工時(shí)效間的停放時(shí)間對合金的各種產(chǎn)品和各種熱處理狀態(tài)的力學(xué)性能影響不大，但最好還是在固溶處理之后4h或48h以后的任意時(shí)間內(nèi)進(jìn)行人工時(shí)效。

7075合金的表面處理工藝與其他鋁合金的相同，該合金在熱處理狀態(tài)下有良好切削與磨削性能。

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