AlZnMgCu1.5铝合金板材的轧制工艺与各向异性研究

　　AlZnMgCu1.5（7xxx系超高强铝合金）板材：航空航天与核心材料

　　AlZnMgCu1.5 属于 Al-Zn-Mg-Cu系 超高强度铝合金，通过 锌、镁、铜的复合强化，其强度可达 500–600 MPa（接近部分钢材），同时保持铝合金的轻量化优势（密度仅2.8 g/cm³）。该合金在 航空航天主承力结构、装甲防护、赛车底盘 等领域，但需注意其 应力腐蚀敏感性和焊接难度。

　　AlZnMgCu1.5化学成分：

　　铝 Al ：余量

　　硅 Si ：≤0.40

　　铜 Cu ：≤0.10

　　镁 Mg：4.0～4.9

　　锌 Zn：≤0.25

　　锰 Mn：0.40～1.0

　　钛 Ti ：≤0.15

　　铬 Cr：0.05～0.25

　　铁 Fe： 0.000～ 0.400

　　注：单个:≤0.05;合计:≤0.15

　　AlZnMgCu1.5力学性能：

　　抗拉强度 σb (MPa)：≥480

　　条件屈服强度 σ0.2 (MPa)：≥177

　　伸长率 δ5 (%)：≥40

　　断面收缩率 ψ (%)：≥60

　　硬度 ：≤187HB;≤90HRB;≤200HV

　　密度：3.00g/cm3;

　　注 ：棒材室温纵向力学性能

　　试样尺寸：棒材直径(方棒、六角棒内切圆直径)≤22

　　2. 机械性能（T651状态）

　　抗拉强度（Rm）：550–620 MPa（接近Q235低碳钢）

　　屈服强度（Rp0.2）：500–550 MPa

　　延伸率（A50）：8–12%（优于Alumold-600）

　　硬度（HV）：160–180

　　断裂韧性（K₁C）：25–30 MPa√m

　　3. 物理特性

　　密度：2.8 g/cm³（比钢轻65%）

　　热导率：120 W/(m·K)（低于Al-Si系，散热需优化设计）

　　热膨胀系数：23×10⁻⁶/°C

　　熔点范围：475–635°C（低熔点相需注意高温应用）

　　4. 核心优势

　　✅ 超高强度/重量比：比强度（强度/密度）超越钛合金。

　　✅ 动态载荷性能：冲击吸收能量达40 J/cm²（适用于防弹装甲）。

　　✅ 耐疲劳性：10⁷次循环疲劳极限达200 MPa（飞机蒙皮关键指标）。

　　5. 主要局限性

　　❌ 应力腐蚀敏感（SCC）：需T73过时效处理或涂层防护。

　　❌ 焊接性极差：搅拌摩擦焊（FSW）或铆接/胶接。

　　❌ 机加工难度：高硬度导致刀具磨损快（推荐PCD刀具）。

　　二、典型应用领域

　　1. 航空航天

　　飞机主翼梁/龙骨梁（波音777、A380用7075-T651改良型）。

　　火箭燃料贮箱（低温和高内压耐受性）。

　　2. 防务

　　轻型装甲车侧板（抗7.62mm，V50值≥800 m/s）。

　　导弹弹体结构（减重提升射程）。

　　3. 汽车高性能部件

　　F1赛车单体壳（比碳纤维成本低且易维修）。

　　电动车电池防撞梁（挤压成型+多腔设计）。

　　4. 工业模具

　　热冲压模具镶块（替代H13钢，冷却效率提升30%）。

　　三、对比其他高强铝合金

　　对比项AlZnMgCu1.57075-T62024-T3Alumold-600

　　强度（MPa）550–620540–560420–470350–400

　　焊接性★☆☆☆☆★★☆☆☆★★★☆☆★★☆☆☆

　　耐蚀性★★☆☆☆（需防护）★★☆☆☆★★★★☆（包铝）★★★☆☆

　　成本极高高中高

　　选材逻辑：

　　极端减重+强度 → AlZnMgCu1.5（如航天器）。

　　综合成本/性能 → 7075（如自行车架）。

　　需焊接 → 2024（但强度降低20%）。

　　四、关键加工技术

　　1. 热处理工艺

　　T6峰值时效：470°C固溶1小时 → 水淬 → 120°C时效24小时。

　　T73过时效：牺牲10%强度以提升SCC抗力（用于海洋环境）。

　　2. 机加工建议

　　刀具：聚晶金刚石（PCD）或超细晶硬质合金。

　　参数：低切削深度（<0.5mm）、高进给（避免加工硬化）。

　　3. 表面防护必须

　　微弧氧化（MAO）：形成50μm陶瓷层（绝缘耐蚀）。

　　HVOF喷涂WC-Co：耐磨性提升5倍（装甲车辆用）。

　　4. 连接工艺

　　搅拌摩擦焊（FSW）：焊缝效率达母材80%。

　　钛合金铆钉：避免电偶腐蚀（Al与Ti电位接近）。