Al-Zn-Mg-Cu系合金是一种典型的可时效硬化合金,通常以轧制、挤压和锻造的加工方式制备,因其具有较高强度和较低密度的特点,广泛应用于航空航天和交通运输的关键结构件中。铝合金的性能可以通过适当的合金化、塑性加工、热处理以及三者间相结合加以控制。随着现代工业的快速发展以及对轻量化设计的需求,对作为结构材料的铝合金性能提出了更高的要求,通过热挤压产生的晶粒细化可以显著的提高Al-Zn-Mg-Cu系合金的力学性能。而在实际中,许多的应用,如飞机框架和车身结构,在服役过程中会受到交变载荷的作用,最终导致疲劳损伤,普遍认为疲劳断裂是工程结构件的主要断裂形式之一。为了保证结构件在使用中的安全性,需要对疲劳性能进行更深入的研究。然而,Sc作为改善铝合金性能最有效的元素之一,其对铝合金低周疲劳性能的影响却鲜有报道。此外,对铝合金在不同环境条件下循环变形性能的研究也较少,且主要集中在高温和氢脆环境下。众所周知,在高空环境或在某些地区和季节里,结构件的工作温度可能低于零下,这样的温度环境会对结构件的疲劳和断裂性能产生影响。显然,了解含Sc的Al-Zn-Mg-Cu系合金在低温下的低周疲劳性能是很有必要的,也可以为这些合金的抗疲劳设计和合理使用提供理论依据。因此,本文研究了挤压变形Al-7Zn-2Mg-1.5Cu-0.1Zr（-0.2Sc）合金在室温和低温（0℃、-20℃、-40℃）环境下的组织和低周疲劳行为,确定了Sc元素和温度对合金组织和低周疲劳性能的影响。显微组织观察结果表明,Al-7Zn-2Mg-1.5Cu-0.1Zr（-0.2Sc）合金中主要的析出相是GP区和η’相,Sc元素的加入可以在α-Al基体中形成豆瓣状的Al₃（Sc,Zr）粒子。该粒子表现出良好的热稳定性,对位错和亚晶界起着重要的钉扎作用,并且能够使合金在经过T6处理后仍保持挤压态的微观组织结构。室温拉伸试验表明,Al-7Zn-2Mg-1.5Cu-0.1Zr（-0.2Sc）合金呈现出相似的时效强化趋势,这与时效析出序列有关。通过晶界强化和Al₃（Sc,Zr）粒子造成的弥散强化的共同作用,在相同时效时间条件下,含Sc合金的抗拉强度和屈服强度均有显著提高,但断裂伸长率相对较低。低温拉伸试验表明,随着温度的降低,两种合金的抗拉强度和屈服强度均有所提高、断裂伸长率有所降低。拉伸断口表面观察表明,在室温下,两种合金的断裂模式主要是韧性断裂;随着温度的降低,表出现韧脆混合型的断裂特征。室温和低温低周疲劳试验结果表明,随施加总应变幅值的不同,两种合金可以表现出不同的循环应力响应行为。对于T6态Al-7Zn-2Mg-1.5Cu-0.1Zr合金,在0.4%和0.5%应变幅下,循环应力响应行为在整个疲劳变形过程中表现为循环稳定的特征;在0.6%～0.8%应变幅下,一般表现为初始的循环稳定,随着循环次数的增加,出现循环硬化,在疲劳变形后期出现循环软化。对于T6态Al-7Zn-2Mg-1.5Cu-0.1Zr-0.2Sc合金,在0.4%～0.8%的应变幅下,合金在所有温度下均表现出稳定的循环应力响应行为。在相同温度和总应变幅值的条件下,Sc的加入可以显著提高合金在循环变形时所需的应力;随着温度的降低,两种合金的循环应力幅值都有所增加。在低周疲劳寿命方面,在总应变幅相同的情况下,T6态Al-7Zn-2Mg-1.5Cu-0.1Zr（-0.2Sc）合金的低周疲劳寿命随着温度的降低而减少。相同温度下,两种合金的低周疲劳寿命曲线相交,与Al-7Zn-2Mg-1.5Cu-0.1Zr合金相比,Al-7Zn-2Mg-1.5Cu-0.1Zr-0.2Sc合金在较低应变幅下的低周疲劳寿命更长,而在较高应变幅下的低周疲劳寿命较短。在所有温度和总应变幅下,两种合金的塑性应变幅和弹性应变幅与载荷反向周次的关系分别服从Coffin-Manson和Basquin公式。基于滞回能理论,推导出温度与低周疲劳寿命之间的关系。疲劳断口表面观察表明,在所有温度和总应变幅下,两种合金的疲劳裂纹均以穿晶方式萌生于疲劳样品表面,并以穿晶方式扩展,温度不会对疲劳裂纹的萌生和扩展方式产生影响。疲劳断口附近的微观组织结构观察表明,T6态Al-7Zn-2Mg-1.5Cu-0.1Zr（-0.2Sc）合金在室温和低温低周疲劳加载条件下的循环塑性变形机制为平面滑移机制。对于Al-7Zn-2Mg-1.5Cu-0.1Zr合金,在较低应变幅下,疲劳变形区中存在大量的位错碎片;在较高应变幅下,位错组态表现为位错缠结。对于Al-7Zn-2Mg-1.5Cu-0.1Zr-0.2Sc合金,在较低应变幅下,位错组态主要表现为位错阵列;在较高应变幅下,不同方向的位错阵列间可以相互作用、形成位错网络。