重庆大学曹玲飞、吴晓东教授《JMST》：回归再时效冷却速率对 7055 铝合金组织、性能及析出相成分的影响_

重庆大学曹玲飞、吴晓东教授《JMST》：回归再时效冷却速率对 7055 铝合金组织、性能及析出相成分的影响

2025年10月16日 15:59:48

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研究了7055铝合金在连续回归再时效（CRRA）处理中、不同回归冷却速率的强度与组织演变。

——导读——

　　Al-Zn-Mg-Cu铝合金峰时效（T6）强度最高，但易遭受晶间腐蚀（IGC）、层状腐蚀（EXCO）及应力腐蚀开裂（SCC）。为提高耐蚀性，开发了T74、T76等过时效T7X工艺，却导致15%–20%的强度损失，回归再时效（RRA）工艺可同时提升强度与耐SCC性能。本文针对7055铝合金设计连续回归再时效（CRRA）工艺，重点考察回归后两种冷却速率对组织、性能及析出相化学成分的影响，旨在为协同提升铝合金强度与耐蚀性、保障工业应用安全提供理论依据与工艺参考。核心发现是：

　　预形成的GP II区转变为η′相，抑制了回归过程中的强度下降。

　　回归处理促进Cu优先取代Zn和Al而非Mg，形成富Cu聚集体。

　　CRRA处理后，含150–1500个原子的析出相Zn含量更低、Cu含量更高，与>1500原子的析出相相比成分差异显著。

　　回归后炉冷（45°C/h）比空冷（3300°C/h）赋予7055合金更优的综合性能。

　　图文链接：Revisiting the evolution of strength and microstructure of aluminum alloy 7055 during continuous retrogression and re-ageing treatment

　　https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.08.037

——摘要——

　　研究了7055铝合金在连续回归再时效（CRRA）处理中、不同回归冷却速率的强度与组织演变。结果表明：预时效后GP II区为主强化相，其Zn/Mg与(Zn+Cu)/Mg原子比分别为1.24和1.36；回归阶段这些粒子逐步转化为η′相，在90 min内阻止强度降低。与此同时，溶质Cu原子通过取代Zn和Al（而非Mg）进入聚集体（团簇、GP II区、η′相），导致CRRA样中聚集体成分与预时效样产生差异。此外，回归后空冷（3300°C/h）通过二次析出提高强度；炉冷（45°C/h）则进一步提升电导率，并增加基体析出相和晶界析出相中的Cu含量，且不影响屈服强度，从而获得更优的综合性能。

——研究背景——

　　Al-Zn-Mg-Cu铝合金因综合性能优异，被广泛用于航空航天和轻量化汽车结构件[[1],[2],[3],[4]]。作为典型的可时效强化铝合金，其性能受热处理制度严格控制。峰时效（T6）态强度最高，但易遭受晶间腐蚀（IGC）、层状腐蚀（EXCO）及应力腐蚀开裂（SCC）[[5],[6],[7]]。为提高耐蚀性，开发了T74、T76等过时效T7X工艺，却伴随15%–20%的强度损失[8,9]。70年代，Cina提出回归再时效（RRA）工艺，旨在同时提升强度与耐SCC性能[10]。

　　典型RRA制度分三步：预时效、回归、再时效。预时效获得富含细小GP区或η′相的峰时效组织，为后续回归处理晶界微结构调控奠定基础[11,12]。回归阶段最关键：预先存在的析出相部分回溶，为再时效二次析出提供溶质；同时晶界析出相（GBPs）粗化并沿晶界连续分布[9,[13],[14],[15]]。再时效阶段重新形核析出，使强度恢复至T6水平[13,16]。

　　近几十年研究集中于RRA参数优化。早期将T6试样快速加热至200–230°C并短时保温（数秒至数分钟）[14,17]。为适配大截面件，趋势转向降低回归温度、延长保温时间。Yang等[8]对Al-6.0Zn-2.3Mg-1.8Cu合金采用120°C/24 h+180°C/60 min+120°C/24 h；Ren等[15]在7055合金使用170°C/70 min获得强度与耐蚀良好匹配；Wang等[11]提出160°C/90 min对7085合金最佳；Reda等[18]将7075合金回归时间延长至250 min；Hou等[9]进一步降至155°C并延长时间。同时优化预时效及回归升温速率：Xu等[19]发现7150合金采用60°C/24 h预时效+5°C/min升温可兼顾强度与耐蚀；接近峰时效的105°C/24 h+3°C/min升温亦更适于工业化[20]；升温速率（1–10°C/min）对性能影响也被系统研究[21]。此外，回归至再时效阶段的冷却速率逐渐受关注，虽报道慢冷利于厚度方向均匀性[22,23]，但其对组织与性能的具体作用仍不清晰。

　　RRA中晶内析出相演变决定强度，而晶界析出相特征则主导耐蚀性。大量研究认为RRA后沿晶界不连续分布的粗化GBPs可阻断腐蚀通道并作为氢陷阱，同时提升IGC抗力与缓解氢脆（HE）[[24],[25],[26],[27],[28]]。亦有观点指出GBPs中Cu含量升高导致GBPs/基体腐蚀电位差减小，是耐蚀性提高的主因，而非GBPs形貌[19,29]。过时效改变7050合金析出相与基体中Cu分布，显著改善HE抗力[30]。Zn、Mg作为主强化相（GP区、η′相）元素，也深刻影响腐蚀行为：Zn电极电位低，降低GBPs电位，故通过时效降低GBPs及基体Zn含量可减小电位差[31,32]；Mg在晶界偏聚弱化晶界并与H相互作用诱发HE[33,34,35]；Zhao等[36,37]发现峰时效或过时效后晶界及氧化膜中Mg含量低于固溶态，是HE抗力提升的原因之一。厘清时效过程中溶质元素演化对揭示腐蚀机理至关重要，但复杂RRA过程中的元素再分配尚待深入阐明。

　　为此，本文针对7055铝合金设计连续回归再时效（CRRA）工艺，重点考察回归后两种冷却速率对组织、性能及析出相化学成分的影响，旨在为协同提升铝合金强度与耐蚀性、保障工业应用安全提供理论依据与工艺参考。

——图文导览——