7050合金是在鋁-鋅-鎂系合金的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。要提高合金的強(qiáng)度,只有提高鋅和鎂的濃度,但Zn+Mg的含量≥(8~9)%以后,強(qiáng)度雖然可以提高到600N/mm2以上,而塑性和抗應(yīng)力腐蝕性能卻強(qiáng)烈下降,失去了使用價(jià)值。后來發(fā)現(xiàn)銅能高濃度鋁-鋅-鎂合金的塑性和抗蝕性,特別是鉻能顯著提高抗應(yīng)力腐蝕性能以后,鋁-鋅-鎂-銅系合金才得到發(fā)展,也為7050合金的誕生創(chuàng)造了條件。
由Al-Zn-Mg-Cu系相圖可知,工業(yè)用此類合金的主要相組成為α+η(MgZn2)+T(Al2Mg3Zn3)+S(Al2CuMg),但因Cu含量不同而稍有變化。當(dāng)含(5%~7%)Zn和(1%~3%)Mg時(shí),若Cu>0.7%即會(huì)出現(xiàn)S相,Cu>2%還會(huì)出現(xiàn)θ相。但硬鋁的主要強(qiáng)化相是η相。η相在470℃的溶解度可達(dá)28%,而室溫時(shí)僅4%,所以有高的時(shí)效強(qiáng)化作用?! ?/span>
Al-Zn-Mg-Cu系合金的時(shí)效過程與Al-Zn-Mg合金的一樣,也是:GB區(qū)→η'→η→T相,但在100℃~160℃時(shí)效,只發(fā)生η相的沉淀過程,只有當(dāng)Ta(時(shí)效溫度)>270℃后才能出現(xiàn)η→T的沉淀過程。這是因?yàn)閆n的擴(kuò)散系數(shù)比Mg的高,低溫時(shí)效只能發(fā)生富Zn相MgZn2的沉淀過程,高溫時(shí)效才能發(fā)生富Mg相T的沉淀過程?! ?/span>
硬鋁的含Cu>0.7%后,在125℃~150℃時(shí)效,可以認(rèn)為是在Al-Zn-Mg系沉淀過程(GP區(qū)→η'→η→T)的基礎(chǔ)上,又出現(xiàn)了Al-Cu-Mg系的沉淀過程(GP區(qū)→S'→S)。
硬鋁的顯微組織隨著溫度的升高而向更高的時(shí)效階段發(fā)展,即GBP(晶界沉淀相)和MPT(基體沉淀相)變粗,PFZ(晶間無沉淀帶)變寬。這種過時(shí)效組織對(duì)抗應(yīng)力腐蝕和斷裂韌性有利,但卻使強(qiáng)度性能降低15%~20%?!?/span>
Mn、Cr、Zr、Ti對(duì)硬鋁的影響與對(duì)Al-Zn-Mg合金一樣,也是為了加工塑性和抗蝕性。Zn+Mg含量≥9%的合金,在淬火和時(shí)效后有嚴(yán)重的沿晶脆性斷裂現(xiàn)象,伸長率很低。加入上述微量元素后,由于形成了不易被位錯(cuò)切割的化合物AlMgMn、Al(FeMn)Si、Al12Cr2Mg、Al20Cu2Mn、Al3Zr,并且改變了GB區(qū)、η'和η相的性質(zhì)、尺寸和分布狀態(tài),因而改變了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方式,位錯(cuò)分布也均勻,不會(huì)在晶界形成應(yīng)力高度集中點(diǎn),結(jié)果了塑性和SCR。Mn和Cr能增加硬鋁的淬火敏感性,Cr的影響比Mn的還大,須用高的淬火冷卻速度才能保證時(shí)效后強(qiáng)度,但厚板和大型鍛件即使采用高速淬火也淬不透,而且會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的變形。因此,7050合金不含Mn和Cr,而且微量Zr(0.08%~0.25%)作為再結(jié)晶抑制劑,可在熱水中淬火,不僅能降低淬火應(yīng)力,而且大截面的厚板和鍛件能獲得高的強(qiáng)度,因?yàn)閆r能形成微細(xì)的不溶解質(zhì)點(diǎn)Al3Zr,對(duì)淬火敏感性影響,Mn和Cr則不同,能同主要元素形成粗大的Al12CrMg2、Al26Cu2Mn化合物,不僅降低了Cu和Mg在α固溶體中的過飽和度,而且在淬火冷卻過程中或時(shí)效初期還能沿這些質(zhì)點(diǎn)析出粗大的η'或η相,使合金強(qiáng)度大幅降低?! ?/span>
7050合金是一種高純度合金,≤0.12%Si、≤0.15%Fe、≤0.10%Mn、Fe和Si不僅對(duì)強(qiáng)度和抗蝕性有害,還能同Mn和Cu形成有害于平面應(yīng)變斷裂韌度KIC的夾雜相Al7Cu2Fe、Al17Cu2(FeMn)2、Al6(FeMn)和Al(FeMn)等,這就保證了7050合金有高的塑性和平面應(yīng)變斷裂韌度、強(qiáng)度,而且有低的淬火敏感性,成為一種綜合性能高的航空航天厚板與鍛件鋁合金?!?/span>