7175合金铸锭均匀化工艺研究_张芯华.pdf

0前言7175合金为Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金，合金具有密度小、强度高、加工性能好等优点，被广泛应用于航空工业及民用工业等领域1-2。由于它合金化元素含量高，在半连续铸造过程中容易形成大量的非平衡共晶组织，需要进行均匀化热处理，使合金非平衡共晶相尽可能溶入基体，最大限度地减少基体中残留的第二相，并且消除铸锭的微观偏析3。因此，铸锭的均匀化处理是该合金能否获得理想组织、工艺性能、使用性能的重要环节。本文重点研究均匀化工艺即均匀化温度及时间对合金组织的影响，尤其是对未溶粗大相的影响。1试验方法采用纯度为 99.95%和 99.70%的原铝锭、纯锌、纯镁、纯铜、铝铬中间合金配料，Al5Ti1B为晶粒细化剂。熔炼温度为730 760，精炼温度为730 750，铸造温度为690 710，将熔体浇铸于铁模中获得300 mm 120 mm 80 mm的7175铝合金方锭，其化学成分见表1。采用光学金相（OM）、扫描电镜（SEM）、差示扫描量热（DSC）等方法对合金铸态和不同制度的均匀化状态的试样中的残留相含量、残留相成分组成、弥散相析出密度等进行分析。综合分析结果，确定7175合金方铸锭的均匀化热处理制度。通过差示扫描量热（DSC）检测发现该铝合金铸态微观组织中非平衡共晶熔化温度为477，采用的均匀化制度如表2所示。表17175合金化学成分（质量分数/%）Zn5.85Mg2.42Cu1.55Cr0.22Mn0.02Ti0.04Si0.05Fe0.13Al余量表2均匀化制度编号123567均匀化制度470/12 h470/24 h470/36 h460/40 h450/5 h+470/24 h425/5 h+470/24 h2试验结果与讨论2.1铸态组织分析对7175合金铸锭进行铸态组织分析，图1为金相组织图片。从图中可以看出，晶界处富集大量结晶相，合金晶粒尺寸相对均匀，平均晶粒尺寸约为7175合金铸锭均匀化工艺研究张芯华（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆 401326）摘要：采用光学金相（OM）、扫描电镜（SEM）、差示扫描量热（DSC）等技术对7175合金铸锭均匀化工艺进行研究。结果表明：铸锭中结晶相主要为T相（AlZnMgCu）与Al7Cu2Fe相，大量分布在晶界处，晶内较少；采用450/5 h+470/24 h对铸锭进行均匀化处理，不但能够消除铸态低熔点非平衡共晶相，而且可以有效促进微量元素Cr以弥散相形式均匀析出。关键词：7175合金；均匀化；回溶中图分类号：TG146.21，TG166.3文献标识码：A文章编号：1005-4898（2023）03-0049-04doi：10.3969/j.issn.1005-4898.2023.03.10作者简介：张芯华（1986-），男，四川南充人，工程师，主要从事铝合金熔铸研究。收稿日期：2023-02-172023年第3期总第272期铝加工工艺技术 49张芯华：7175合金铸锭均匀化工艺研究工艺技术153 m。图1铸态合金金相组织照片图2为铸态合金SEM扫描组织，从图中看出它与铸态金相组织一致，晶界处偏聚大量结晶相，晶内结晶相较少。铸态合金SEM背散射模式下组织中主要存在两种明显的成分衬度，通过EDS能谱分析结晶相主要为T相（AlZnMgCu相）与Al7Cu2Fe相（见表3）。图2铸态合金SEM组织照片表3EDS能谱分析结果（质量分数/%）检测点ABCAl81.6333.6758.06Zn15.4910.58Mg32.3419.78Cu4.9118.4911.58Fe13.46Al7Cu2FeT相T相如图3所示，通过对铸态合金进行DSC热分析，发现在 476.98 附近存在明显熔化吸热峰，即对应为低熔点共晶相熔化温度为476.98。结合工业化生产均热炉温度控制条件，选取460 470 为合金均匀化温度，设计均匀化工艺进行试验（见表2）。图3铸态合金DSC曲线2.2 均匀化对铸态合金结晶相影响不同单级均匀化处理后合金的SEM组织照片图4不同单级均匀化处理后合金SEM组织照片（见图4），晶界处富集大量结晶相回溶基体。通过Iamge-Pro-Plus软件分别统计不同工艺条件下的第二相面积分数平均值（5张200倍），得出在470 保温12 h、24 h和36 h后，合金中残留第二相面积分数分别为1.23%、0.988%和0.984%，保温24 h后合金中残留第二相含量基本保持不变；在460 保温40 h后，合金中残留第二相面积分数为1.12%，略高于470/24 h、470/36 h均匀化处理后合金中的残留量。图5不同单级均匀化处理后合金DSC结果温度/吸热热流/（mWmg-1）温度/470/12 h470/24 h470/36 h460/40 h100m100m100m100mDSC/（mWmg-1）as-cast9.47 J/g470/12 h3.12 J/g470/24 h2.91 J/g470/36 h2.65 J/g460/40 h2.73 J/g476.98 502.67 谱图28谱图24100m20m200m100m 50图5为不同单级均匀化处理后合金DSC热分析结果，合金在476.98 处吸热峰消失，说明合金中非平衡共晶相T（AlZnMgCu）相大幅减少，但在502.67 处出现了较小峰面积吸热峰。图6均匀化后合金残留相均匀化处理后合金中T相大部分回溶，少部分转变为 A12CuMg 相。图 6 为合金在 470/24 h 与470/36 h均匀化处理后残留相SEM，存在两种明显成分衬度，通过EDS能谱分析（见表4），发现合金中残留第二相主要是Al7Cu2Fe相与S（Al2CuMg）相。表4残留相EDS能谱分析结果（质量分数/%）检测点ABCDEFAl46.6766.8160.0166.264.3860.78ZnMg24.680.53Cu28.657.8724.697.2222.8224.07Cr6.756.89Fe17.3215.3018.2315.4615.16Si0.961.360.86Al2CuMgAl7Cu2FeAl7Cu2FeAl7Cu2FeAl7Cu2FeAl7Cu2Fe2.3 均匀化对弥散相的影响通过场发射SEM背散射模式，观察460/40h、470/24 h、425/5 h+470/24 h和450/5h+470/24 h均匀化后水冷样品。从图7中可以看出，4种均匀化处理后，合金中均有细小弥散的E（Al12Mg2Cr或Al18Mg3Cr2）相析出，合金中弥散析出相数密度如表 5 所示。经460/40 h均匀化工艺处理，析出相数密度相对稀疏，而且颗粒尺寸较大，470/24 h处理的样品中弥散析出相颗粒数密度有所提高，达到9.37个m-2，颗粒尺寸较小。相比单级均匀化工艺，两种双级均匀化工艺处理的样品析出相数密度大幅度提高，颗粒尺寸更细小，其中450/5 h+470/24 h双级均匀化处理，析出相特征相对更加优异，颗粒数密度能达到22.96个m-2。表5不同均匀化工艺处理后合金中弥散析出相数密度均匀化工艺数密度/个m-2460/40 h7.08470/24 h9.37425/5 h+470/24 h13.12450/5 h+470/24 h22.963结论（1）铸锭中结晶相主要为 T 相（AlZnMgCu）与Al7Cu2Fe相，大量分布在晶界处，而晶内较少。（2）采用470 保温24 h以上，合金中低熔点非平衡共晶相已经充分回溶。（3）采用450/5 h+470/24 h工艺对铸态合金进行均匀化处理，不但能够消除铸态低熔点非平衡共晶相，而且可以有效促进微量元素Cr以弥散相形式均匀析出。参考文献1宋仁国.高强度铝合金的研究现状及发展趋势J.材料导报，2000，14（1）：2021.2韩小磊，熊柏青，张永安，等.7150 铝合金铸态及均匀化态显微组织J.材料热处理学报，2010，31（11）：104108.3 熊创贤，万里，邓运来，张新明.Al-7.8Zn-1.6Mg-1.8Cu合金铸锭及其均匀化的微结构研究J.中南大学学报（自然科学版），2010，41（2）：465-471.图7不同均匀化处理后合金中弥散相特征460/40 h470/24 h425/5 h+470/24 h450/5 h+470/24 h1m1m1m1m470/24 h470/36 h10m10mABCDEF2023年第3期总第272期铝加工工艺技术 51Study on homogenization of 7175 alloy ingotZhang Xinhua(Southwest Aluminum(Group)Co.,Ltd.,Chongqing 401326,China)Abstract:The homogenization process of 7175 alloy ingot was studied by optical metallography(OM),scanning electron microscopy(SEM)and differential scanning calorimetry(DSC).The results show that the crystallization phases in the ingot are mainly T phases(AlZnMgCu)and Al7Cu2Fe phases,and a large number of them are distributed in the grain boundary.The homogenization of ingot at450/5h+470/24h can not only eliminate the non-equilibrium eutectic phase with low melting point as cast,but also promotethe uniform precipitation of trace element Cr in the form of dispersion phase.Key words:7175 alloy;homogenization;resolution中铝材料院高强6系铝合金锻造棒料技术实现推广应用近日，由中铝材料院开发的高强6系铝合金优质锭坯制备集成技术有效突破了高端棒料依赖进口铸造装备的瓶颈，在中铝集团成员企业中推广应用后，实现了铝合金棒料产品迭代升级。在绿色低碳环保背景下，铝制轮毂以重量轻、惯性阻力小、轻量化节省燃油等特点成为各商用车制造企业竞相角逐的热点。中铝材料院熔铸团队抓住这一市场风口，不断优化技术工艺，有效解决了传统6系铝合金强度、伸长率和疲劳性能互相制约的共性技术难题，开发出一套优质锭坯制备集成技术，实现了棒料产品综合性能显著提升。使用该项技术生产的高强6系铝合金铸棒被用于制备某规格商用车高强超轻锻造轮毂。经机构检测，锻造轮毂的综合性能远超美国及国内现有锻造轮毂，比美国同规格轮毂抗拉强度提高10%、减重7%，较同规格国产普通轮毂抗拉强度提高17%、减重14%，轮毂动态疲劳性能大幅优于严苛的欧盟测试标准。同时由于减重因素，轮毂企业使用该技术研发的高强棒料生产轮毂成本得以有效缩减。云铝泽鑫应用该技术后，生产的高强6系棒料质量实现大幅提升，在产量较之前增加两倍的情况下，产品仍供不应求，并通过美铝轮毂企业的产品质量审核，成功进入美铝锻造轮毂产业链。山西新材料通过该项技术的运用，实现了国产油气滑装备的改造升级，实现进口替代，用该装备制备的高强6系铝合金锻造棒料达到了进口装备生产棒料的同等水平，成功打入国内锻造轮毂棒料市场，帮助企业开拓新的市场领域。韩国Dong Il铝业进军欧美电池铝箔市场据外媒报道，韩国DongIl旗下铝制造子公司DongIl铝业已提高其生产能力进军全球电动汽车（EV）电池市场，为美国、欧洲等地电动汽车电池制造商供应铝箔产品。DongIl铝业首席执行官ParkChanGyu表示，高质量铝箔正处于需求爆炸式增长