应力松弛时效对7055铝合金淬火残余应力削减效应的机理研究

针对7055铝合金构件淬火残余应力影响加工性能与服役寿命的难题，山东大学研究人员创新提出应力松弛时效法。通过对比不同时效处理的力学性能、显微组织及残余应力，揭示应力松弛两阶段演变规律（变速松弛-稳态阶段）及位错蠕变机制转变特征。实验表明160°C-8h/320MPa参数组合可实现55.83%残余应力削减率，同时保持693.84MPa抗拉强度与11.62%延伸率，为高强铝合金构件残余应力调控提供新方案。

　　

在航空航天领域，高强铝合金构件因优异的比强度成为关键结构材料，但淬火工艺产生的残余应力如同"隐形杀手"——不仅导致后续机加工变形，更会显著降低构件疲劳寿命。以7055铝合金为例，其淬火残余应力可达材料屈服强度的30%-50%，传统时效处理虽能改善力学性能，却对残余应力调控效果有限。如何实现"鱼与熊掌兼得"（即同时保证材料强度与应力消除），成为困扰工程界的卡脖子难题。

山东大学金属成形高端装备与先进技术国家重点实验室的Yexu Li团队在《Materials》发表的研究中，创新性地将应力松弛机制引入时效处理，提出"应力松弛时效"新工艺。研究人员设计多组对照实验，通过电子背散射衍射(EBSD)分析显微组织演变，结合X射线衍射法测量残余应力，系统探究了温度-应力-时间多参数耦合作用规律。

研究结果揭示出突破性发现：

1. 应力松弛动力学特征
   通过分段建模发现应力松弛呈现显著的两阶段特征：初始变速松弛阶段受位错滑移主导，应力指数分析表明当初始应力从240MPa增至320MPa时，蠕变机制从扩散蠕变（n≈1）转变为位错蠕变（n≈5）；后续稳态阶段则受晶界滑移控制。

2. 微观结构响应机制
   透射电镜(TEM)显示施加应力使晶界无沉淀区(PFZ)宽度从58nm缩减至32nm，这种"应力驱动溶质偏聚"现象有效抑制了晶界脆性，使延伸率提升19.6%。

3. 工艺参数优化窗口
   在160°C-8h-320MPa最优参数下，残余应力削减率达55.83%，远超传统时效处理的<20%。该状态试样同时展现693.84MPa抗拉强度与11.62%延伸率的优异匹配，证实了"应力松弛-析出强化"协同作用机制。

这项研究的突破性在于首次阐明应力场对铝合金时效析出动力学的调控作用：外应力不仅促进位错重组，更通过改变空位浓度梯度加速GP区（Guinier-Preston zones，铝合金强化相前驱体）的形核速率。工程应用方面，研究建立的"温度-应力-性能"定量关系模型，为航空铝合金构件的残余应力精准调控提供了理论依据与工艺窗口。值得关注的是，该方法无需额外设备投入，仅通过改造现有时效炉加载系统即可实现，具有显著的工业化应用前景。