摘要：本文主要研究了不同均勻化工藝對大規(guī)格7075鋁合金鑄錠組織的影響以及對軋制薄板性能的影響，研究結果顯示：合金的鑄態(tài)組織主要是為Al基體+Mg(Zn、Cu)2相非平衡共晶相組成。465℃/24 h均熱后，合金中枝晶組織部分消失，低熔點相溶解不充分。465℃/24 h+478℃/8h均熱后，共晶組織基本消除，殘留相主要是難溶解的含Fe相，均勻化效果優(yōu)異。通過對不同均熱后鑄錠軋制成薄板后，二級均熱后的薄板T6態(tài)力學最優(yōu)，抗拉強度533.5 MPa，屈服強度455 MPa，延伸率16.5%。

0 引言

隨著航空、航天領域的高速發(fā)展，對高性能鋁合金航空板材料提出了越來越高的要求，特別是航空薄板。7075鋁合金是一種比較成熟的超硬鋁合金，具有良好的機械性能，良好的耐磨損、比強度高等優(yōu)點，其擠壓型材及薄板仍然廣泛的應用在航空飛機上，如波音737、空客A320以及中商飛C919飛機上。對于大尺寸高強鋁合金扁錠鑄造成型難度大并存在非常嚴重的非平衡結晶相，產生枝晶偏析和區(qū)域偏析。7075鋁合金扁錠的鑄造成型工藝技術國內已經掌握，能夠生產440 mm*1500 mm*5000 mm大尺寸鑄錠。7075鋁合金由于含有的合金元素較多，組織的不均勻性較大，半連續(xù)鑄造成型的鑄錠中殘余應力較大，低熔點非平衡結晶相多，為了改善鑄造組織的這種不均勻性，必要對鑄錠進行均勻化處理，目的是為了消除殘余應力、消除枝晶等缺陷。選擇合理的均勻化工藝，可使粗大化合物相得固溶度提高，合金后續(xù)性能也能得到明顯的改善本文針對7075合金鑄錠分別采用單級和雙極均勻化工藝，研究了不同均勻化制度下殘留第二相種類及含量；采用包覆薄板生產工藝制備厚度為3.25 mm的薄板，研究不同均熱工藝對于包覆薄板T6態(tài)力學性能的影響。

1 實驗

實驗材料是某公司采用半連續(xù)鑄造工藝生產的7075鋁合金扁錠（尺寸440 mm×1200 mm×4000 mm），成分見表1。在鑄錠芯部切取厚度為50*100 mm的試片，采用熱空氣循環(huán)爐（誤差±2℃）進行不同均勻化后出爐空冷。均勻化前對樣品芯部取樣進行DSC（DSC1/700型差示掃描量熱儀）分析；芯部取樣進行金相分析及掃描電鏡分析。均熱后的扁錠切切削為420 mm×1100 mm×1000 mm后進行表面包覆一層抗腐蝕更高的7072鋁合金板，然后先熱軋后冷軋，軋制成厚度為3.25 mm厚的薄板，進行熱處理至T6態(tài)，取樣進行力學性能測試，力學性能測試在Instron拉伸試驗機上進行。均勻化工藝參數如表2所示。

2結果與分析

2.1 7075合金鑄錠第二相分析

圖1給出了大尺寸7075合金鑄錠的SEM分析結果?？梢钥吹剑T態(tài)組織為枝晶狀組織，深灰色結晶相和亮白色結晶相共生。能譜分析顯示，深灰色結晶相富含Cu、Mg元素，如圖A位置，而亮白色層狀晶界相富含Zn和Mg元素，如圖1 B位置；在枝晶臂位置有一些富含Cu和Fe元素，如圖1中C位置。圖2給出了鑄錠芯部位置的DSC曲線，可以看到在481℃時出現明顯的吸熱峰，說明該溫度下出現大量低熔點共晶化合物大量溶解；初溶溫度為477.2℃，熱分析結果為鑄錠的均勻化工藝提供了溫度依據。鑄錠均勻化是在低于合金非平衡凝固共晶組織熔化溫度下保溫，使溶質原子充分的擴散到基體中，又不會導致非平衡凝固共晶組織熔化而發(fā)生過燒現象，目的是使得溶質原子在基體內部均勻分布、消除枝晶和成分偏析。

2.2 7075鋁合金鑄錠均熱后金相組織分析

圖3為鑄錠在不同溫度下均勻化后的金相組織。圖3(a)為經過465℃/8h均勻化后組織中的非平衡凝固共晶相明顯減少，但是仍然可以看到枝晶組織，組織中未發(fā)現過燒組織，根據金相色彩分辨可知，殘余相主要是富Cu、Mg相和富Cu、Fe相，及少量的富Zn、Mg相，殘留第二相含量約為2.3%。隨均勻化時間提高到24h，枝晶組織進一步減少，基本上殘余富Cu、Mg相及富Cu、Fe相，殘留第二相含量約為1.6%。在一級均熱的基礎上，增加二級均勻化工藝。圖3（c、d）結果顯示，殘留第二相含量明顯降低，二級選用475℃和478℃均未發(fā)生過燒現象，而且經478℃均熱后晶界殘留第二相明顯相比于其它工藝小很多，經過判斷這些殘留相為富Fe相，殘留第二相含量分別為1.1%和0.85%。采用一級可使鑄態(tài)枝晶組織消除，原富Zn、Mg相所占據的位置被富Cu、Mg相占據，促進了Mg(Zn,Cu,Al)2相向高溫Al2CuMg相轉變。二級均熱超過其過燒點，目的為了進一步消除高溫殘留相，進一步提高合金過飽和度，而不發(fā)生過燒

2.3 7075鋁合金薄板組織與性能

為了研究不同均熱工藝對7075薄板T6態(tài)性能的影響，對均熱后的鑄錠進行熱軋，熱軋至7 mm厚，然后冷軋至約3.25 mm，對薄板進行退火、固溶時效至T6態(tài)。表3給出了經不同均熱工藝后7075鑄錠殘留第二相含量以及經軋制變形后7075薄板T6態(tài)力學性能。從結果上來看，鑄錠殘留第二相含量越高，合金T6態(tài)強度偏低，當鑄錠第二相含量由2.1%降低到0.8%時，合金強度增加了22 MPa，延伸率增加了2%。通過研究均勻化工藝對鑄錠殘留第二相及軋制板材力學性能的影響，探索出殘留第二相與力學性能之間的關系。對于7xxx系鋁合金來說，由于其含有較高的合金元素，鑄錠凝固過程中合金元素容易發(fā)生偏析，導致產生大量的共晶組織。相比于單級均熱工藝，鑄錠經465℃×24 h+478℃/8 h，晶界處的共晶組織基本消除，晶粒組織并沒有明顯的長大，經軋制后的強度也是最優(yōu)的，因此經465℃×24 h+478℃/8 h二級均勻化是最佳的均勻化制度。

3分析討論

通過對對大尺寸航空用7075鋁合金鑄錠分析及軋制后薄板性能分析可知：（1）7075鋁合金鑄態(tài)組織主要是由Al基體+Mg(Zn、Cu)2相非平衡共晶相組成；465℃均勻化時，鑄錠晶界出枝晶部分消失，低熔點相溶解不充分。（2）7075鑄錠經465℃×24 h+478℃/8 h均勻化后，鑄錠晶界低熔點共晶相基本消失，晶粒沒有明顯的長大；殘留第二相僅為0.8%。（3）合理均勻化工藝能夠使合金注定獲得較低的殘留第二相含量，進而提高最終產品的力學性能，采用465℃×24 h+478℃/8 h均勻化，經軋制變形后的7075鋁合金薄板T6態(tài)的力學性能分別為：抗拉強度為533.5 MPa，屈服強度為455 MPa，延伸率為16.5%。