厚的Al-Zn-Mg-Cu合金產品由于具有高強度，抗應力腐蝕開裂和韌性的優(yōu)點，在現代航空航天工業(yè)中是至關重要的輕質結構材料。在時效過程中，通過分解淬火過程中產生的過飽和固溶體形成大量的納米沉淀，滿足了所需的性能。然而，淬火過程會產生顯著的殘余應力，從而在后續(xù)的機加工和維修過程中使得產品性能下降。當出現顯著的殘余應力時，由于殘余應力引起的變形或開裂，可浪費掉高達95%的原材料。因此，為了滿足實際應用要求，必須將工業(yè)Al-Zn-Mg-Cu合金中的殘余應力控制在極低的水平。

　　來自湖南大學的蔣福林團隊提出了一種新穎的包覆淬火方法，在Al-Zn-Mg-Cu合金表面包覆了高溫無機膠粘劑和鋁箔，可以直接降低淬火引起的殘余應力。研究了時效合金的力學性能，電導率，顯微組織。相關論文以題為“Reduced residual stress and retained properties in Al-Zn-Mg-Cu alloys using a novel cladding quenching process”發(fā)表在Journal of Materials Research and Technology。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S223878542031245X

　　通常，由于高的淬火敏感性，Al-Zn-Mg-Cu合金中不能同時實現低殘余應力和高的力學性能。對于可熱處理鋁合金，時間-溫度-性能（TTP）曲線可作為優(yōu)化熱處理的重要參考。TTP曲線可以根據淬火持續(xù)時間預測臨界溫度范圍，在該溫度范圍內冷卻速率必須足夠高以防止高溫析出。TTP曲線代表了7150鋁合金的最大可達到的維氏硬度的99.5%，C曲線內的區(qū)域是發(fā)生快速高溫析出的區(qū)域，或者在淬火過程中過飽和固溶體無法很好地凝固。結果表明，試樣CWQ、CQ0.6淬火期間不會發(fā)生分解過飽和固溶體的析出，樣品在人工時效后均獲得了更好的機械性能。

圖1時效合金的力學性能和電導率  圖2 7150鋁合金的TTP曲線與實驗淬火冷卻曲線的組合

　　在這項工作中，淬火樣品（CQ和CWQ）在淬火過程中由于很少高溫析出而保留了大部分過飽和固溶體。在時效試樣中，TEM圖像顯示了相似的晶粒內部的納米沉淀特征，因此，固溶強化和析出強化的強化效果應該相似。在CWQ合金中，所觀察到的位錯能產生輕微的強化作用，加速析出過程的形成。因此，在相同的時效處理下，CWQ試樣的硬度和強度略高于CQ試樣。此外，CQ 0.6試樣的延伸率提高可能是由于晶界析出物不連續(xù)造成的。

圖3時效合金的透射電鏡照片

　　研究表明，殘余應力隨著包層厚度的增加而減小，并且在0.6mm的包層厚度下幾乎消除。在覆層厚度為0.4-0.6mm的覆層淬火后，時效合金試樣保持了優(yōu)異的力學性能和導電性能。殘余應力的降低與調整7150鋁合金表面與芯部冷卻曲線的差異，消除包層淬火過程中的表面壓應力有關。

圖4樣品外觀的比較（a）淬火前和淬火后（b）CQ0.2，（c）CQ0.4和（d）CQ0.6

　　綜上所述：采用包層淬火工藝的時效合金試樣的位錯密度比采用常規(guī)淬火工藝時效的合金試樣的位錯密度低，晶粒內部納米析出特征相似，晶界不連續(xù)析出較多，這與保持機械性能和提高導電性相對應。該研究還進一步研究有限元分析和時間-溫度-性能曲線，對減少殘余應力和保持性能進行深入機理的探討，從而對進一步研究提供理論依據。