7xxx二系铝合金又称高强铝合金或硬质铝合金，它主要有两类:中高强度的Al一n一垅合金和高强度的Al一Zn-地一Cu合金。Al一Zn ?dg合金典型代表有了003, 7005、7NOI、7020合金，A卜Zn-地一u合金典型代表有7075、7050, 7449、7085合金0 7x二系铝合金由于具有密度低、比强度高、加工性能好及焊接性能优良等优点，在航空航天工业、轨道交通运输、建筑、桥梁、工兵装备等方面都得到了广泛的应用111.随着现代制造加工业的迅速发展，对7xxx系铝合金的强度、韧性以及抗应力腐蚀(SCR)性能等提出了更高的要求，特别是了xxx系铝合金在产业化应用中普遍以牺牲强度为代价来降低其应力腐蚀(SCC)敏感性的问题需要解决，时效是决定铝合金力学性能的关键工序，通过优化时效工艺可使合金的强度、韧性和耐腐蚀性得到有效改善。为此，本文对目前的7xxx铝合金的时效工艺进行总结，为更好的提升铝合金的性能提供参考。
1. 7xxx铝合金的时效强化原理
金属材料的强化途径主要有第二相强化、细晶强化、加工硬化以及固溶强化，对可热处理时效强化的了二二合金来讲，时效工艺对合金的微观组织和性能有着重要影响。时效是将浮火后的铝合金放在室温条件(自然时效〕或入工加热的条件下，使过饱和态的基体发生分解，析出港质原子聚集区(GP区)和析出相(沉淀相)的过程。在7xxx合金中，一般认为在合金的析出相的析出序列为:SSSS(supersaturated solid solution,过饱和固溶体)一GP区一ri‘(MgZn,)(过渡相》一A(平衡相〕。若Zn: Mg比较低，一些铝合金会出现T相(AIXg,Zn,):T相铝合金在时效过程中析出序列可表示为:SSSS--GP区一T(半共格)-T,由于时效温度一般低于200℃通常很少在合金中发现T相，图1为7xxx铝合金不同时效态的典型的透射微观组织。
图为：7xxx系列铝合金不同时效态的典型的透射微观组织图
高强Al-Zn 11g-Cu侣合金的微观组织与性能有着紧密的联系，合金的性能主要受合金组织内的析出相尺寸、类型及分布的影响，A1一Zn-Mg--Cu的微观组织主要有三部分组成，即晶内析出相(mpt)、晶界析出相相GBP以及晶界周围的无沉淀析出带(PFZ)。mpt对合金的强度起决定作用，时效析出的GP区和n’相的强化效果好于粗大的平衡相ri相。GSP对合金的抗应力腐蚀性(SCR)起主要作用，GSP连续对合金的韧性和SCR性不利，而较粗大不连续的分布对合金的抗应力腐蚀性有利，经过时效和回归再时效热处理能得到这种组织。PFZ形成理论有贫空位乏理论和贫溶质原子理论，PFZ对塑性和SCR的影响尚无定论，一般以为PFZ较窄对韧性和SCR有利;也有人因为PFZ对SCR的影响不大主要受PFZ区的，主要受Cu元索浓度分布影响.时效强化的效果取决于铝合金时效析出相对位错运动的相互作用，当析出相为GP区和尺寸较小的ii’相时，作用机制主要为位错切割机制;当析出相为尺寸较大的n‘相和11相时，作用机制主要为位错绕过机制(奥罗万机制)圈。
2.影响时效的因素
为了研究，~铝合金的时效过程的性能演变，通常通过合金的时效一硬度曲线来表征合金性能随时效时间的变化。合金在时效过程中一般经历欠时效、峰时效、过时效兰个阶段，欠时效阶段为合金硬度(强度)逐渐上升过程，该阶段合金组织中的GP区或过渡相砰数量逐渐增多。峰时效为合金达到硬度最大的点，合金的微观组织为高密度弥散的GP区和可相。过时效过程中合金的硬度逐渐降低，组织中的可相的尺寸逐渐长大发生粗化，同时发生可相向粗大的平衡相n转变。部分，~合金还会存在者“双峰时效”现象，如宋仁国[31在研究7175合金时发现现双峰时效现象，第一个峰值对应的显微组织GP区，随着GP区部分溶解强度降低，然后随可相数量逐渐增多形成第二个峰值。为影响7xxx铝合金时效工艺因素。
(1))固溶处理
7xxx系铝合金的固溶处理(淬火)是使2n、蝇等溶质原子均匀地洛入铝基体中，以获得过饱和的固溶体为后续的时效作准各。淬火温度越高同时冷却速度越快，淬火后合金的过饱和度就越大，越利于合金在后续时效过程中的沉淀析出，能够显著提升合金的力学性能。然而淬火温度太高易使铝合金晶粒粗大，并且可能发生过烧，淬火冷却强度过快会导致合金因冷却不均发生挠曲变形。对此应加强研究7xxx铝合金的TTP曲线中的淬火敏感性区间，以便设计合理的淬火工艺与运用相应的精密在线淬火技术来提升合金的性能。为了满足部分铝合金制品性能的特殊要求，部分淬火敏感性高的铝合金制品还需要离线固溶处理。此外，汪明朴等闭研究指出凡使过饱和空位浓度增加的工艺因素可以加快合金的时效硬化:如7005铝合金较高的挤压温度、较高的挤压速度、较快的淬火速度以及过大的挤压比均在一定程度上加快时效过程，使合金过早的产生过时效。
(2)预变形
7xxx铝合金制品在时效前会进行预拉伸以降低淬火过程中产生的残余应力和变形，时效前冷变形会缩短到达硬度峰值的时间，同时会降低7xxx系铝合金的强度，这是因为7二xx系铝合金GP区对合金强化起重要贡献，GP区形成必须依靠空位和溶质原子的迁移，而预变形会提高合金中的位错密度，使空位逃逸到位错处，空位数量减少使GP区难以形成。同时铝合金的中的粗大的平衡相劝相容易在位错处形核，进一步便合金的强度降低。韩念梅〔”等人研究了预拉伸变形程度分别为0%，2.3%和3.1%的7050合金，结果表明随变形程度的增加，强度降低，而塑性和断裂韧性提高。为了改善合金的强度，研究者又研发了FTMT工艺，该工艺是在合金时效一段时间后再进行变形，然后在进行终时效，通过该工艺能够有效地提高合金的强度和抗应力腐蚀。
(3)时效温度
时效温度对合金的沉淀的析出有很大影响，在不同时效温度下，析出相的临界形核尺寸、类型、以及聚集长大速度都不相同。当时效温度较低时，刚开始合金的沉淀相析出较快，合金的时效强化效果明显，后期析出相的析出以及长大缓慢，低温时效能够到较高的强度，但是需要较长的时间才能达到峰时效。随温度升高:溶质原子的扩散系数提高，析出相的沉淀析出的速度增加，同时温度高更利于过渡相11‘和平衡相n的形成。当合金的时效温度逐渐升高时，合金到达峰值硬度的时间缩短，但是峰值硬度会相应的降低，图2为7665合金的时效硬度曲线。7xxx铝合金在自然时效过程中，合金电导率随着自然时效时间的延长逐渐降低，而合金的强度逐渐上升最终趋于平稳，而在人工时效过程中:由于析出较多的亚稳定相和平衡相，电导率一般随时效时间的延长逐渐上升。因此，对不同的合金的性能要求选取合适的的温度。
图为：7005铝合金单级时效硬化曲线图
3.时效工艺
7xxx二铝合金时效工艺有单级时效〔T5, Tfi)、双级时效Mx), RRA回归再时效)，其中Tfi(或T5)能获得较高的强度，T7x的抗腐蚀性性能较好，RRA回归再时效、非等温时效具有较好的综合性能图3为铝合金常用时效工艺制度示意图。
3.1单级时效(T5, T6)
合金固溶淬火后在一定的温度下等温时效，其中TS态为高温加工成型冷却后进行人工时效的工艺，T6态为固溶处理后经人工时效的状态。单级峰时效可使合金获得较高的强度了。二合金最早的热处理制度便是采月该种方法，但由于显微组织中晶界析出相连续，合金的抗腐蚀性能一般。
3.2双级时效[TX7]
为克服了7xxx合金对应力腐蚀开裂(5CC)及剥落腐蚀的敏感性，高强铝合金在生产中常进行双级时效(又称阶段时效)。该过程涉及温度的变化:第一阶段为低温时效的成核阶段，形成细小的GP区及n‘相为终时效的析出相提供形核点;第二阶段为高温时效的稳定化阶段，晶内为尺寸较大的n了相，晶界处为不连续的粗大的q相，耐腐性提高，但合金强度比Tfi态的下降10%一15%，该工艺是在牺牲强度的条件下提高耐腐蚀性门。为减小剥落腐蚀敏感性，人们相继研发了T73，T76工艺，为了减小强度损失，并且使耐腐蚀性介于T73与T76，又研发了T74 (T736)态热处理制度。近年来针对7056, 7449合金的中高厚度的结构件，研究者开发了轻微过时效的T79态工艺。
3.3回归再时效(RRA)
为了兼顾铝合金的强度和抗腐蚀性，以色列人Cina在1974年发明一种新型的三级时效一RRA(回归再时蜘工艺，该工艺的出现在铝合金发展史上具有重要的里程碑意义。图4为回归与再时效处理过程中合金力学性能随回归时间变化的示意图，这种工艺能使合金具有近似T6态的峰值强度和过时效态的耐腐蚀性，RRA工艺主要包括三个阶段:
7XXX铝合金回归与再时效处理过程中力学性能随回归时间变化的示意图
(1)预时效(Pre-agein幼，在较低温度下进行欠时效或T6态，显微组织和性能与T6时效状态相同:(2)回归仅etrogression)，在较高温度下进行短时加热处理，预时效中形成的GP区或半共格析出相发生部分回溶，晶界上的链状析出相长大并聚氛开始呈断续分布，这种结构的晶界析出相改善了合金的5CC，而晶内析出相溶解使合金的强度降低;(3)再时效(re一叱eila公，进行类似预时效的热处理使合金达到峰值强度，晶内析出细小弥散的q了相，晶界仍为断续的非共格的相，KRA的关键是在回归过中，使晶内GP区及细小ti’相充分固溶，利于再时效时析出。1989年，美国铝业公司以RRA处理为基础的上研发了了050及了150合金热处理制度并注册了名为T77的专利，通过该工艺的制品被广.泛应用在客机的框架、蒙皮、舱壁等构件上。RRA由于回归时何较短，限制了其应用范围，郑子樵等人将回归温度降低到185℃，延长回归时间，进而使RRA处理可较好的用于厚板构件，作者同时指出延长预时效时间能够使合金获得更好的抗应力腐蚀性。
3.4非等温时效
7xxx系铝合金的非等温时效(Non-isth二al aging, NW工艺是一种新型时效工艺，它是针对大尺寸、高性能铝合金构件时效处理的要求研发的阂.该时效工艺的主要特点是在连续变化的温度场中完成铝合金的时效处理，通过不同升温和降温区间的合理搭配实现性能的调控，能达到和T74态工艺相当甚至更优的性能。该工艺还可以缩短时效时间、降低能耗，契合了现代热处理技术的发展要求。
为了提高铝合金的强度、韧性、耐肩蚀等综合性能，采用过时效处理改善合金综合性能，也成了该系合金发展的主流.目前时效制度的发展方向为76-T73-+T76 -174-177(RRA)-T79.图5为了~系铝合金不同时效状态处理后强度与抗应力腐蚀的变化规律示意图。
4.时效显微组织的表征
需要指出的是合金的时效析出相尺寸为纳米级别(I-loo二)，在常规的光学显微镜(ox)和扫描电子电镜(SEM)下难以观察到，需要借助透射电子显微镜(TEM)来观察，生产中部分技术人容易将金相组织中的观察到的第二相，误称作析出沉淀相相，严格上讲这是不准确的。目前TEM观察是应用于表征Txxx系铝合金的NPt, GBP和PFZ等微观组织的重要先进手段，它可以观察不同晶带轴下的析出相的形貌和尺寸分布，为分析合金的性能变化提供有效的微观组织依据。但是了EN样品制样要求很高，通常要经过双喷减薄或离子减薄。同时又透射电子显微镜购买费用较高，目前国内只有少数高等院校研究所具有该类设备，企业很少具有该类仪器设备，观察每个样品要500500元/h,检测成本较高，通常为高等院校用来做学术研究用，针对此情况，应该加大产学研合作，探索出适宜工业化批量生产的时效工艺。
此外，x射线衍射CXRD)在7xxx系铝合金微观组织的研究中可做定性物相分析或半定量物相分析。但该技术还不能表征低体积分数(小于5%)的物相。通过差示扫描量热法(DSC)可以表征了二二系铝合金中各个析出相的析出温度和溶解温度，这些表征方法为研究铝合金时效组织的演变规律和时效热处理工艺的优化提供了有力的技术支撑。
5.结语
时效工艺是提高7x)oc铝合金力学性能的重要手段，只有了解了时效强化的规律及其对合金组织与性能的影响，掌握影响高强铝合金时效的因素，我们才能利用时效工艺来挖掘铝合金性能提升的潜力7xcx时效热处理的工艺调控越来越精细，使合金的强度、韧性、耐蚀性得到最佳配合是未来发展的方向。目前我国优化7xxx铝合金的双级时效或者多级时效尚处于初级应用阶段，应加快将现有成果应用到实践中:此外，要加强产学研的合作，发挥高校研究院所科研技术和实验设备表征的优势与企业生产实践经验的优势，以加快我国时效工艺技术的发展与应用。
