超高强铝合金是航空航天工业中主要的结构材料。近年来,高纯度的超高强铝合金的应用比重日益增大,但有关杂质元素对合金微观组织和力学性能的影响缺乏针对性研究。本文以典型杂质元素Si为研究对象,以7050合金为基础添加不同含量的Si元素配制合金,通过熔铸、均匀化退火、热挤压和固溶时效处理制备力学性能测试试样,并通过常温拉伸试验、断裂韧性试验、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和金相显微镜(OM)等测试手段和方法,研究杂质元素Si对超高强铝合金微观组织、力学性能和断裂韧性的影响,并探讨杂质元素Si的存在形式、作用机理及容许限度。Si元素在超高强铝合金的存在形态与元素含量、热处理状态和加工方式密切相关。当Si含量低于0.134wt.%时,合金中未发现明显的含Si粗大析出相。在Si元素高于0.134wt.%的铸态组织中,Si元素主要以粗大颗粒状AlCuMgSi相(其中Si含量28wt.%)的形式富集在晶界上,同时有部分颗粒状杂质相(其中Si含量3wt.%)弥散分布于晶内;在均匀化退火组织中,晶界含Si析出相转变为AlCuFeSi相(其中Si含量5wt.%),而晶内分布的Si元素仍以弥散的颗粒为主,且Si含量基本不变;在挤压组织中,Al7Cu2Fe相和AlCuFeSi相等粗大不溶物被挤压破碎,并沿加工方向排列,晶内弥散的长条状析出相主要为AlZnMgCuSi相以及和基体成分类似的AlZnMgCu相;固溶时效处理后,粗大异质相呈不规则颗粒状分布于基体各处,数目随Si含量升高而显著增加,Si元素主要以Si含量20%左右的AlCuMgSi相存在。比较了双级时效、MIL处理、RRA回归再时效等多种热处理制度下合金的性能。结果表明,双级时效的温度和时间对合金性能影响较大,预拉伸处理由于变形不均导致合金塑性下降,而采用RRA回归再时效处理的7050合金具有最高的综合性能,屈服强度和抗拉强度分别达到566.04MPa和590.86MPa,伸长率11.18%,断裂韧性41.15MPa.m1/2,为本试验中最佳热处理工艺制度,并以此工艺为基础完成对其他合金的固溶时效处理。常温拉伸试验结果表明:当Si含量为0.134wt.%左右时拉伸力学性能最好,合金抗拉强度614.8MPa,屈服强度584.6MPa,伸长率13.7%。当Si含量高于0.134wt.%时,合金的各项性能均显著下降,特别是Si含量高于0.334wt.%时,屈服强度和抗拉强度相比峰值下降~14%,伸长率下降~37%。合金塑性对Si元素更加敏感,Si含量的增加导致合金组织及形变不均匀会强烈降低合金塑性。断裂韧性试验表明:Si元素强烈影响合金的断裂韧性。随着Si含量的增加,特别是当合金Si含量大于0.344wt.%时,合金断裂韧性显著下降。Si含量0.491wt.%的合金断裂韧性仅为Si含量0.033wt.%合金的56%。结合Hahn-Rosenfield模型探讨了合金断裂韧性与第二相粒子的关系,计算结果与试验结果的变化规律一致。Si元素形成的AlCuMgSi等粗大异质相质点的不利形状、相对紧凑的分布排列以及它们所占据的大量体积,容易造成局部塑性变形能力的强烈降低,减弱了材料对裂纹扩展的阻力,从而降低了合金的断裂韧性。随着Si含量的增加,这种作用愈加明显。