中高強(qiáng)鋁合金具有強(qiáng)度高，密度小，抗應(yīng)力腐蝕性能好等綜合優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于航空、汽車、船舶等重要領(lǐng)域。中高強(qiáng)鋁合金板坯的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法為熱軋法，但其工藝流程長(zhǎng)、設(shè)備投資大、生產(chǎn)成本高。連續(xù)鑄軋具有生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單、設(shè)備投資小、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。但由于中高強(qiáng)鋁合金本身物理特性，鑄軋困難。本文中高強(qiáng)鋁合金鑄軋過(guò)程中施加超聲、脈沖電流、穩(wěn)恒磁場(chǎng)等組合場(chǎng)以及細(xì)化劑對(duì)鋁合金鑄軋板坯顯微組織的影響，研究表明在鑄軋過(guò)程中合適的脈沖電流和穩(wěn)恒磁場(chǎng)后，能有效細(xì)化鋁合金鑄軋板坯組織，減少鑄軋偏析，尤其在加入0.2%的Al-Ti-B細(xì)化劑后，鑄軋板材組織更加均勻細(xì)小，鑄軋偏析消失。
1 前言
7075鋁合金屬于Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)鋁合金，具有強(qiáng)度高，密度小，抗應(yīng)力腐蝕性能好等綜合優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于航空、航天等重要領(lǐng)域。7075鋁合金板坯的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法為熱軋法，但其工藝流程長(zhǎng)、設(shè)備投資大、生產(chǎn)成本高。雙輥連續(xù)鑄軋是把熔融金屬通過(guò)鑄嘴澆入鑄軋輥之間，在輥縫中完成冷卻、結(jié)晶、凝固、變形這一系列的工藝過(guò)程。連續(xù)鑄軋工藝，具有生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單、設(shè)備投資小、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。但由于7075鋁合金本身物理特性，鑄軋困難。
中高強(qiáng)鋁合金板材傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法是熱軋法，但是該種生產(chǎn)方法的缺點(diǎn)是耗能高，工序繁多，成本較高。連續(xù)鑄軋具有其工藝上的優(yōu)越性，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)流程較短，投資成本較少，節(jié)能環(huán)保等。如果在工業(yè)化生產(chǎn)中，用連續(xù)鑄軋逐步代替熱軋法來(lái)生產(chǎn)中高強(qiáng)鋁合金板材，不僅能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)環(huán)境也十分友好。但是，由于中高強(qiáng)鋁合金中合金元素含量高，在連續(xù)鑄軋過(guò)程中容易產(chǎn)生偏析現(xiàn)象，在鑄態(tài)組織中容易形成粗大的結(jié)晶相，均會(huì)對(duì)中高強(qiáng)鋁合金鑄軋板坯組織產(chǎn)生不利的影響，因此，用連續(xù)鑄軋法生產(chǎn)中高強(qiáng)鋁合金板坯無(wú)論是在工藝上還是合金板坯的微觀結(jié)構(gòu)上均還存在著許多問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外在超聲波、磁場(chǎng)等外場(chǎng)對(duì)凝固過(guò)程影響的研究取得了突破，本文通過(guò)在中高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄軋過(guò)程中施加超聲、脈沖電流、穩(wěn)恒磁場(chǎng)以及它們的組合場(chǎng)，來(lái)研究不同外場(chǎng)對(duì)中高強(qiáng)鋁合金鑄軋板坯的組織和偏析的影響，進(jìn)而尋求一種合適的用于生產(chǎn)中高強(qiáng)鋁合金板材的鑄軋方法。
2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)材料
中高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄軋實(shí)驗(yàn)中使用的主要設(shè)備有熔煉爐、鑄嘴、水平式雙輥鑄軋機(jī)、直流磁場(chǎng)線圈、脈沖電源、超聲裝置，鑄軋實(shí)驗(yàn)所采用的中高強(qiáng)鋁合金為7075鋁合金，其成分為Zn：5.9%，Mg：2.6%，Cu：1.8%，Cr:0.24%；鋁合金經(jīng)熔煉、合金化、除氣后進(jìn)行鑄軋，并在鑄軋過(guò)程中施加不同的外場(chǎng)，并在板坯中部進(jìn)行取樣，試樣經(jīng)研磨、拋光后進(jìn)行組織觀察。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
圖1 是7075鋁合金在不同鑄軋條件下板坯中間層的顯微組織相貌。從圖中可以看到普通鑄軋條件下的組織最為粗大，微觀偏析嚴(yán)重，施加靜磁場(chǎng)時(shí)有一定程度的改善，但仍不理想，施加超聲波時(shí)有明顯改善，但偏析依然存在，只有施加脈沖電流、脈沖電流與靜磁場(chǎng)同時(shí)施加的兩種情況組織最好，組織較均勻，幾乎沒(méi)有明顯的微觀偏析。
圖2 為7075鋁合金在不同鑄軋條件下板坯上表層的顯微組織。從圖中可以看到普通鑄軋、施加靜磁場(chǎng)以及超聲條件下的組織有明顯的微觀偏析，組織也較為粗大，施加脈沖電流時(shí)組織明顯有所改善，但仍有微觀偏析存在，只有在同時(shí)施加脈沖電流和靜磁場(chǎng)時(shí)組織均勻，偏析也不存在。
圖3 為7075鋁合金在不同鑄軋條件下板坯下表層的顯微組織，從圖中可以看到，從普通鑄軋、超聲鑄軋、靜磁場(chǎng)鑄軋到脈沖鑄軋，微觀偏析依次減少，組織均勻性提高，而在同時(shí)施加脈沖電流和靜磁場(chǎng)時(shí)組織達(dá)到最佳，均勻且無(wú)偏析。
圖1 不同外場(chǎng)下7075鋁合金中間層顯微組織形貌
a：普通鑄軋；b：超聲；c：脈沖電流；d：穩(wěn)恒磁場(chǎng)；e：脈沖電流+穩(wěn)恒磁場(chǎng)
圖2 不同外場(chǎng)下7075鋁合金上表層顯微組織形貌
a：普通鑄軋；b：超聲；c：脈沖電流；d：穩(wěn)恒磁場(chǎng)；e：脈沖電流+穩(wěn)恒磁場(chǎng)
圖3 不同外場(chǎng)下7075鋁合金下表層顯微組織形貌
a：普通鑄軋；b：超聲；c：脈沖電流；d：穩(wěn)恒磁場(chǎng)；e：脈沖電流+穩(wěn)恒磁場(chǎng)
在本實(shí)驗(yàn)中，向7075鋁合金中加入了0.2%的Al-Ti-B細(xì)化劑，并分別進(jìn)行了普通鑄軋，在鑄軋區(qū)施加超聲，脈沖電流，穩(wěn)恒磁場(chǎng)，脈沖電流+穩(wěn)恒磁場(chǎng)的外場(chǎng)鑄軋，探究了在鋁熔體中添加Al-Ti-B細(xì)化劑后，不同外場(chǎng)對(duì)7075鋁合金鑄軋板坯顯微組織的影響。
圖4 不同組合場(chǎng)下7075鋁合金中間層顯微組織形貌
a：普通鑄軋；b：超聲；c：脈沖電流；d：穩(wěn)恒磁場(chǎng)；e：脈沖電流+穩(wěn)恒磁場(chǎng)
圖4為添加細(xì)化劑后不同外場(chǎng)下7075鋁合金中間層顯微組織，從圖中可以看到，普通鑄軋和靜磁場(chǎng)鑄軋條件下組織較粗大，微觀偏析較為嚴(yán)重，施加超聲條件下有所改善，施加脈沖電流時(shí)組織細(xì)化更加明顯，偏析也明顯減輕，而在靜磁場(chǎng)和脈沖電流同時(shí)施加時(shí)組織達(dá)到最細(xì)小，偏析也幾乎消失。圖5，6為不同外場(chǎng)下7075鋁合金上、下表層顯微組織，同樣可以看到在添加細(xì)化劑條件下，表層組織中組織最為細(xì)小的為施加脈沖電流以及同時(shí)施加脈沖電流和靜磁場(chǎng)的鑄軋組織。
圖5 不同組合場(chǎng)下7075鋁合金上表層顯微組織形貌
a：普通鑄軋；b：超聲；c：脈沖電流；d：穩(wěn)恒磁場(chǎng)；e：脈沖電流+穩(wěn)恒磁場(chǎng)
圖6 不同場(chǎng)下7075鋁合金下表層顯微組織形貌
a：普通鑄軋b超聲c：脈沖電流d：穩(wěn)恒磁場(chǎng)；e：脈沖電流+穩(wěn)恒磁場(chǎng)
4 結(jié)論：
通過(guò)在不同外場(chǎng)下鑄軋7075鋁合金，研究外場(chǎng)及Al-Ti-B細(xì)化劑條件下中高強(qiáng)鋁合金的凝固組織，得到以下結(jié)論：
（1）普通鑄軋條件下的7075鋁合金，無(wú)論是板坯上、下表層，還是中間層組織，晶粒都比較粗大，厚度方向上的組織均勻性較差，并且板坯中間層存在明顯的偏析現(xiàn)象。
（2）在鑄軋過(guò)程中施加脈沖電流或同時(shí)施加靜磁場(chǎng)和脈沖電流能有效細(xì)化組織和減輕鑄軋偏析。
（3）加入0.2%的Al-Ti-B細(xì)化劑后，普通鑄軋和靜磁場(chǎng)鑄軋條件下組織較粗大，微觀偏析較為嚴(yán)重，施加超聲條件下有所改善，施加脈沖電流時(shí)組織細(xì)化更加明顯，偏析也明顯減輕，而在靜磁場(chǎng)和脈沖電流同時(shí)施加時(shí)組織達(dá)到最細(xì)小，偏析也幾乎消失。
