摘 要

由于航空航天及汽车等行业的迅速发展，及针对未来发展趋势的需要，本文试着开发一种新型铝镁锌铜合金材料，探究其性能与应用前景。7000系列Al-Zn-Mg-Cu合金有着优异的性能，在具有较高的强度的同时，还具有良好的耐磨性和良好的焊接性。本实验拟通过提高7000系列铝合金中Zn含量从而增加析出的强化相的体积分数，从而进一步·提高合金的综合强度，过去文献对超高锌含量的7000系列铝合金研究甚少，即使存在此类高锌铝合金的研究，锌的质量占比最多在10%。

本文主要研究了Al-29Zn-29Mg-6Cu-1(Si Cr Ti)合金的熔炼方法，及其后续铸态合金的均匀化退火工艺。同时采用了光学显微镜，扫描电镜等手段探究铸态和均匀化处理后试样微观组织和性能的差异。期望得到强度与延展性俱优的最终产品。

研究结果表明：

1. 得到的铸态合金不同相之间强度差距较大，均匀化退火处理均匀性得到较大提升，相的数量明显减少。

2. 得到合金的硬度较高，可以达到HV320以上，但不同相之间的硬度差值较大，并且合金的拉伸性能较差。

3. 在浇注后，边缘和中部试样的相有较大差异，有可能是边缘冷却速度较快，相来不及析出造成的。

关键词：7000系列铝合金; 均匀化处理; 退火；高锌

Abstract

In accordance with the aerospace needs and its development tendency ,this paper tries to develop a new type of metal material and explore its performance and application prospects. The 7xxx series alloy are widely used in high-performance structural aerospace and transportation applications because of low density ,high strength , wear-resisting property ,meanwhile its weldability. In the past time ,few research has been done on ultra-high zinc content aluminum alloys. Even it has , the percentage of zinc is ten percent at most.

This paper tends to increase the percentage of zinc in 7xxx series alloy to increase the volume fraction of the precipitated phase and further increase the strength of this alloy. At the same time, optical microscope, scanning electron microscope and other means were used to investigate the differences of microstructure and properties between the cast and homogenized samples 。We mainly explored the best way to smelt Al-29Zn-29Mg-6Cu-1(Si Cr Ti) alloy, and later the treatment process. Hoping to find an alloy with great strength and ductility.

Research indicates:

1.There is an obvious gap about the strength of different phases in this alloy. And after homogenization ,the evenness index of this alloy has significantly improved, the number of phases has decreased.

2.The strength of this alloy is high, can reach HV370 at most ,but the gap between different phases can reach HV70. Meanwhile ,the tensile property of this alloy is extremely low.

3.During the pouring system, there is a difference between the edge of the sample and the middle of sample. It may because in the edge of the sample, the alloy cools much faster, some of the phases have no time to separate out .

Keywords:7xxx series alloy; homogenization treatment; annealing; high-zinc

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 金属材料的发展趋势 1

1.1.2 铝合金材料简介 1

1.2 Al-Zn-Mg-Cu合金概论 2

1.2.1 Zn元素在合金中的作用 3

1.2.2 镁元素在合金中的作用 4

1.2.3 铜元素在合金中的作用 4

1.3 论文研究意义及内容 4

1.3.1 研究意义 4

1.3.2 研究内容 5

1.3.3 总结选题对社会、健康、安全、成本以及环境等的影响 5

第2章 实验材料与研究方法 7

2.1 实验材料 7

2.2 主要实验操作设备 7

2.2.1 试样切割设备 7

2.2.2 热处理设备 7

2.2.4 打磨抛光设备 8

2.3 主要测试和测量设备 8

2.3.1 XRD（X-Ray Diffraction，X 射线衍射）分析仪 8

2.3.2 SEM 8

2.3.3 光学显微镜 9

2.3.4 显微硬度计 9

2.3.5 万能材料试验机 9

2.4 主要测试内容 9

2.4.1 熔炼及均匀化处理温度的确定 9

2.5 主要测试内容 10

2.5.1 微观组织研究 10

2.5.2 力学性能研究 10

第3章 实验测试结果 12

3.1 用SEM观察微观组织 12

3.1.1 铸态（35Al-29Zn-29Mg-1(SI Mn Cr)的微观结构和成分分析 12

3.2 均匀化处理态试样的微观结构和成分分析 24

3.3 压缩性能与断口形貌 27

3.3.1 拉伸性能与硬度 27

3.3.2 压缩性能与硬度 27

3.4 XRD衍射图谱 29

第4章 结论与探讨 31

参考文献 32

致谢 34

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 金属材料的发展趋势

自古以来，人类就一直对金属沉迷不已，从货币到武器再到生活中各种必不可少工具所需的原材料，金属在我们的日常生活中扮演了至关重要的角色。最早在石器时代，人们就发现了金属的存在，并把它们做成了最初的流动货币。在往后，金属被用在生活各个方面，在农业上，它被打造成农具、在军事上，它被制作成武器、在日常生活，它被制作成各种生活器材。在往后，随着人类熔炼技术的提高，人们开始能够提炼出各种单质金属，从最开始铜，铁，锡再到近代被提炼出来的铝,镁，钛，人们发现的单质金属越来越多，根据每种具有的独特特点，人们能对应运用在生活各个方面的金属也越来越多。

但单质金属在性能上也有它的缺点，单质金属一般来说通常强度较低，能承受的力有限，并且综合性能较低，并不全面。这在一定程度上限制了单质金属在生活上的使用。人们想找到一种在满足强度要求的同时还能兼具其他优良性能的材料。所以这时合金就应运而生，人们把不同种类的金属材料熔合在一起，开发出许多不同种类的合金，如铁合金，铝合金，铜合金等，希望这些合金在具备基体优点的同时，还具备各种添加元素的优点。通常来说，这些合金通常在强度，硬度上会有很大的提升但伴随而来的是韧性和塑性会有一定程度的降低。