7B04 铝合金是我国在7A04 铝合金的基础上经过改进而成的一种高纯高强铝合金, 属于Al-Zn-Mg-Cu 系，主要用于航空航天领域。该系铝合金是一种典型的可热处理强化铝合金，强化机制主要来自固溶强化、时效强化和细晶强化。7B04铝合金的热处理状态有T6、T74 和T73 三种，其中T6 为峰值时效状态，具有较高的强度和较差的耐蚀性，T74 和T73 为过时效状态，材料的强度性能略有降低，但耐蚀性能增强。合金的淬透性是保证厚大截面的合金能够获得满意的心部性能的重要参考依据，7B04 铝合金淬透性差，厚大截面的锻件在淬火时，由于截面过厚，心部的淬火冷却速度慢，淬火时不能淬透，导致7B04 铝合金锻件的心部不能获得较为理想的性能，从而对零件的使用产生了影响。本文主要通过对7B04 铝合金不同锻造工艺和热处理工艺进行试验研究，摸索不同工艺参数对7B04 铝合金锻件性能的影响，为现实生产中7B04 铝合金锻件工艺参数的制定提供一定借鉴作用。

试验方案

7B04 铝合金属于Al-Zn-Mg-Cu 系超高强铝合金，该合金(T73 状态)的热处理制度是固溶+两次时效：

⑴固溶(固溶强化)，获得过饱和固溶体，提高7B04 铝合金综合性能；

⑵一次时效(时效强化)，成核阶段，强化过程在这一阶段完成，合金中的沉淀强化相主要为GP 区(溶质原子团聚区)；

⑶二次时效(过时效)，稳定化阶段，目的是在强度稍有下降的情况下，通过改变析出相的分布、大小和形态，改善材料的抗应力腐蚀性能。

7B04 铝合金时效过程中的沉淀析出顺序:α(过饱和固溶体)→GP 区→η'(MgZn2)。该合金淬透性差，对于厚截面锻件，在热处理过程中表面与心部冷却速度不同，二次时效时表面冷速大，表面晶内η'相比中心细，质点间距小，晶界η'相小于晶内，亚晶界上无析出带 (PFZ)宽度小于晶内，导致最终热处理后表面强度高于心部，而对于T73 状态的7B04 铝合金锻件，其标准规定的室温抗拉强度为范围值，且合格区间较小，纵向强度合格区仅90MPa，横向强度合格区仅80MPa，而且该材料自身还存在淬透性差的特性，性能结果小范围的波动就可导致大量锻件不合格。

因此，要提高锻件的一次合格率，首先需解决锻件表面和中心抗拉强度的差异，在此基础上选择合适的热处理制度，使问题得到解决。

锻造试验及结果

7B04 铝合金热处理淬透性差，前期采用80mm厚试料热处理后表面与中心位置强度相差30MPa 左右，经前期试验，通过减小锻件有效热处理厚度可有效降低表面与中心位置性能差异。为了探索变形量对60mm 厚7B04 锻件力学性能的影响，选取φ180mm规格棒料，采用不同变形量锻造3 块工艺试验件，变形量分别为16.7%、36.7%、52.8%，如图1 所示，而后加工成60mm 厚试验件进行热处理，热处理制度：固溶，470℃×4.5h，水冷；一次时效，115℃×8h，空冷；二次时效，176℃×12h，空冷。热处理后进行理化测试，性能测试数据见表1。

表1 不同变形量试验性能数据

图1 工艺试验件

从试验件数据可以看出所有60mm 厚的锻件性能数据均满足标准范围要求，强度富裕度均超过10MPa，当变形量增大时，强度指标距离标准值上、下限富裕度也随之增加。从以上工艺试验结果可以看出：3 试验件从φ180mm 棒料直接拔长至60mm 厚，经热处理后性能结果最优，纵、横向抗拉强度和屈服强度均处于标准区间中间位置。

为了研究7B04 锻件有效厚度60mm 厚时表面与中心强度差异，选取试验件余料在表面和中心各取两根纵向拉伸，中心位置取两根横向拉伸进行检测，结果见表2。可以看出，60mm 厚锻件表面强度略高于心部强度，性能结果均距离标准上下限有10MPa 以上富余量，结果良好。

表2 不同取样位置性能数据

热处理试验及结果

对2-2(尺寸为60mm×150mm×300mm，变形量为36.7%)锻件分别沿长度方向三均分为2-2-1、2-2-2、2-2-3 三件，尺寸为60mm(S)×150mm(T)×90mm(L)，对3 件锻件进行热处理工艺试验，热处理参数及结果见表3。

表3 热处理试验结果

锻造变形量为16.7%的试验件经不同制度时效后，性能值偏高，部分数据已超出标准值范围。当锻造变形量为36.7%时，试验件经热处理后力学性能较好，符合标准要求，且随着二级时效保温时间延长，强度呈下降趋势，当二级时效保温18h 时强度值已低于标准值下限，而二级时效保温12h 时，不同位置强度值基本处于标准值中间。

分析与讨论

7B04 铝合金热处理工艺过程中双级时效的一级时效是在低于Tc 温度下的时效，使强度接近峰值，析出相为均匀的G.P 区，为二级时效形成均匀的过渡相及稳定相提供了均匀形核的条件，二级时效由于有一级时效的基础，G.P 区的尺寸已接近η'相形核的邻界尺寸，G.P 区迅速转变为η'相，强度达到最大值，其后进入过时效阶段，η'相开始快速长大，强度急剧下降。我们都知道，粗大稀疏的沉淀相的强化效果比细小弥散的沉淀相的强化效果差得多，故η'相的长大造成了强度的下降。在实际生产中，针对部分数值偏低问题，通过缩短二次时效时间为11h，防止η'相快速长大，控制细小弥散的沉淀相尺寸和数量，可使性能值略有提升。通常采用固溶470℃×4.5h，水冷；一次时效115℃×8h，空冷；二次时效176℃×11h，空冷热处理制度，可得到较理想的性能结果，经热处理参数微调后，二次时效析出的η'相和沉淀相尺寸和数量得到较好控制，批量生产的锻件各方向的性能值距离标准值均有10MPa左右富余量。目前按以上工艺已完成20 余批次典型锻件生产验证，现厂内已对生产过程细节进行固化并形成操作说明书，确保批次间稳定性。

通过对以上试验结果及批次锻件验证结果进行梳理分析，建议7B04 铝合金锻件性能提升可从锻件设计为较小有效热处理厚度、锻造工艺上加大变形量及热处理过程采用合理的热处理制度等几方面进行优化改进。

结束语

7B04 铝合金锻件强度值标准合格区间窄，而且该材料自身还存在淬透性差的特性，使得在工业生产中该材料锻件很难一次性合格，往往需要多次返修，从而耗费大量的人力物力，无形中提高了锻件生产成本及生产周期。通过前期大量的工艺试验以及采取优化锻件设计、改进锻造和热处理工艺、细化生产过程操作等举措加以改进，经过多批次生产验证，目前，该材料性能问题已基本解决。该研究成果不仅可以节约大量的经济成本，而且对后续同材料牌号锻件的研制和生产有一定的借鉴意义。