超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝優化研究

周動林

（中國航發哈爾濱東安發動機有限公司，黑龍江 哈爾濱 150066）

超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金以其高硬度與高強度的力學特性，在眾多合金材料中脫穎而出。由于本文研究的Al-Zn-Mg-Cu 組合金屬在應用中具有顯著的高強度性能，因此在對此類組合金屬進行工藝優化處理過程中，更是對處理工藝的實施提出了更高的要求[1]。我國目前針對此種組合金屬的研究尚屬于一個嘗試性階段，常規的熱處理方法為淬火加熱處理，盡管此種淬火處理方式可實現對合金組織的熱處理行為，但由于此過程在實施中，未能全面的考慮到組合金屬受熱存在屈服能力低的問題，即便是Al-Zn-Mg-Cu 組合金屬具有高強度的性能，在受熱過程中也會出現裂紋甚至斷裂的現象出現[2]。因此，對于組合金屬的處理行為研究，應從此方面入手，綜合我國對此方面的研究現狀也可知，處理Al-Zn-Mg-Cu 組合金屬過程中避免其出現裂紋甚至斷裂現象，也屬于行業未來發展的關鍵趨向。結合上述對組合金屬的相關分析，本文開展此方面的研究對于推動我國金屬行業的發展是具有顯著推動作用的。相比國際上一些發達國家，我國目前對于此方面的研究尚存不足，不僅技術上相對落后，同時目前也缺少相關成果對其作為支撐。因此本文將綜合我國對組合金屬處理工藝的研究現狀，開展此方面的深入調研，并希望通過本文課題的研究，為組合金屬的熱處理工藝實施提出及順層面的指導。

1 超高強Al-Zn-Mg-Cu合金熱處理工藝優化方法

本文從三方面入手，優化超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝。其具體優化框架圖，如圖1 所示。

圖1 超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝優化框架圖

結合圖1所示，針對圖中三方面的詳細優化內容，如下文所示。

1.1 超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時效插補

本文運用NURBS 曲線方程自身的插值原理，通過時效插補的方式優化超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝[3]。其具體流程為：首先，確定超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理時效插補NURBS 曲線的型值點以及權因子編程；再通過獲得節點矢量，計算系數矩陣；在此基礎上，通過控制頂點權因子對超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火頂點進行控制；進而得到NURBS 插值曲線開始熱處理加工。在此過程中，需要對超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時效插補誤差進行分析，從而達到優化熱處理工藝的目的。設超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時效插補時間誤差為γ ，則有公式（1）。

公式（1）中，T 指的是超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時效插補時間，單位為min；s 指的是實測超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時效插補，單位為min。通過公式（1），得出超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時效插補時間誤差[4]。為確定超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時效插補有效值相對誤差，本文設熱處理時效插補有效值為U ，則有公式（2）。

公式（2）中，K 指的是系數矩陣；I 指的是節點矢量。根據公式（2），可輸出超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時效插補有效值計算公式，進而可推導出最終超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理時效插補NURBS 插值曲線的計算公式。設時效插補后的NURBS 插值曲線表達式為? ，則有公式公式（3）。

通過公式（3）可以得出超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理淬火時效插補后的NURBS 插值曲線，并以該曲線作為熱處理工藝中的軌跡線，優化超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理。

1.2 均勻化熱處理超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金組織

在處理合金組織金屬過程中，應考慮到鑄錠組織的狀態，會對Al-Zn-Mg-Cu 合金組織整體的形變造成影響，而發生影響后，其后續工藝以及最終的合金組織金屬均會產生一定的遺產效應[5]。為了緩解這種遺傳效應對金屬性能造成的影響，采用對其進行均勻化熱處理的方式。處理過程中，對鑄錠進行均勻加熱處理，此行為可能會產生合金組織部分的結構的破碎，但卻可實現對其顯微性能的一致性。此過程持續20.0min～30.0min，均勻化熱處理后對其進行靜置冷卻處理，通過上述處理的變形消耗，使Al-Zn-Mg-Cu 合金組織整體性能更強，以此在實現Al-Zn-Mg-Cu合金組織晶體析出的基礎上，完成對組織的均勻化熱處理，改善合金組織的金屬性能。

1.3 超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝回歸再時效

在均勻化熱處理超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金組織的基礎上，通過回歸再時效，優化超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝[6，7]。將超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理分為三個時效階段，第一階段優化目標為保證超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金在低溫狀態下與峰值狀態一致；第二階段優化目標為保證超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金在高溫狀態下，晶界上連續鏈狀析出相聚集；第三階段優化目標為超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理回歸再時效存在非共格析出相，且無沉淀析出帶，以此實現超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝優化。

2 實例分析

2.1 實驗準備

構建實例分析，實驗對象選擇超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金。超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金化學成分表，如表1 所示。

表1 超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金化學成分表

根據表1 所示，本次實驗內容為對超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金進行熱處理。首先，使用本文優化設計熱處理工藝進行超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理，通過MATALB 測試熱處理工藝屈服強度，并記錄，將其設為實驗組；再使用傳統熱處理工藝進行超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理，同樣通過MATALB 測試熱處理工藝屈服強度，并記錄，將其設為對照組。由此可見，本次實驗主要內容為測試兩種熱處理工藝的屈服強度，熱處理工藝屈服強度數值越高證明該工藝下的超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理延展性能越好。通過10 次對比實驗，針對實驗測得的熱處理工藝屈服強度，記錄實驗數據。

2.2 實驗結果與分析

整理實驗數據，如表2 所示。

表2 熱處理工藝屈服強度對比表

通過表2 可知，本文優化設計的熱處理工藝屈服強度明顯高于對照組，具有現實推廣價值。

3 結束語

通過超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝優化研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理中存在的問題。由此可見，本文設計的熱處理工藝是具有現實意義的，能夠指導超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝優化。在后期的發展中，應加大本文優化設計熱處理工藝在超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理中的應用力度。截止目前，國內外針對超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝優化研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進一步對超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理工藝的優化設計提出深入研究，為提高超高強Al-Zn-Mg-Cu 合金熱處理的綜合性能提供參考。