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 孫  巍，遲洋波，王義斌，祝  哮，李鵬偉

 （遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧遼陽(yáng)111003）

摘要：對(duì)7075鋁合金擠壓板材氧化后黑條缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，并從增大鑄錠表皮下偏析層車(chē)皮量、減少難溶組元含量、提高熔鑄溫度、增大擠壓比等方面采取措施，避免了該板材出現(xiàn)氧化黑條缺陷。

關(guān)鍵詞：7075鋁合金；偏析層；難溶組元；熔鑄溫度；擠壓比

中圖分類(lèi)號(hào)：TG164. 21  文章編號(hào)：1007 - 7235( 2016) 06 - 0038 - 04

  7075鋁合金擠壓材因密度小、強(qiáng)度高、抗斷裂及應(yīng)力腐蝕性能好，被廣泛用于航空航天、軌道交通等的承重結(jié)構(gòu)件。但該合金也存在合金元素含量高、相組成復(fù)雜、難溶相含量多等問(wèn)題，在擠壓材中存在各種組織缺陷，影響制品的使用。本試驗(yàn)研究的7075鋁合金擠壓板材是用于制造飛機(jī)座椅，因此對(duì)強(qiáng)度、韌性、表面質(zhì)量等要求極高。該合金板材經(jīng)固溶、時(shí)效處理后，要求強(qiáng)度在580 N／mm2以上，且陽(yáng)極氧化后表面美觀，無(wú)肉眼可見(jiàn)的缺陷。在前期試驗(yàn)中，本材料氧化后沿?cái)D壓方向表面局部出現(xiàn)黑色條紋缺陷（見(jiàn)圖1），其尺寸為1mm～2 mm寬，300mm長(zhǎng)，在擠壓板材中分布無(wú)規(guī)律。為了找到該缺陷產(chǎn)生的原因并制定有效的解決方案，進(jìn)行了以下的分析。

1  7075鋁合金擠壓板材陽(yáng)極氧化黑色條紋缺陷分析

1.1化學(xué)成分

 以前生產(chǎn)的7075鋁合金擠壓板材的化學(xué)成分見(jiàn)表1。分別在板材心部和邊部切取成分試樣，結(jié)果顯示心部與邊部的成分基本一致，不存在偏析。

1.2宏觀形貌

 板材經(jīng)過(guò)銑削加工，表面平整、光滑，沒(méi)有肉眼可見(jiàn)的缺陷；而陽(yáng)極氧化后，會(huì)出現(xiàn)黑色條紋，與基體顏色有明顯區(qū)別，在板材的邊部和心部均出現(xiàn)過(guò)黑色條紋，參見(jiàn)圖1。

1.3顯微組織

 沿板材的擠壓方向切取金相試樣，使用蔡司AXIO光學(xué)顯微鏡觀察其顯微組織形貌，如圖2所示。

 從圖2可以看出，有黑色條紋區(qū)域的第二相較無(wú)黑色條紋區(qū)域的分布更密集一些，且呈鏈狀分布。所有區(qū)域均存在粗大第二相，但區(qū)別在于無(wú)黑色條紋區(qū)域的第二相相對(duì)分散一些，而有黑色條紋區(qū)域的第二相分布較密集。

1.4  SEM分析

 在缺陷位置，平行于擠壓方向磨制金相試樣，將氧化層用砂紙磨掉并進(jìn)行拋光，通過(guò)掃描電鏡觀察（圖3）。進(jìn)行元素面掃描可知，缺陷位置主要雜質(zhì)元素為Fe、M n、Si（圖4）。

 通過(guò)以上分析認(rèn)為，產(chǎn)生黑條的原因：

 1)鑄錠車(chē)皮量不夠，皮下偏析組織（Fe、M n化合物）沒(méi)有車(chē)削干凈，擠壓過(guò)程中進(jìn)入板材內(nèi)部。

 2)該合金中鉻含量高，極易產(chǎn)生Cr的粗大化合物聚集缺陷。

 3)擠壓設(shè)備選用不當(dāng)，板材尺寸與擠壓筒直徑太接近，造成鑄錠表皮的偏析組織進(jìn)入擠壓板材中。

2  解決方案

2.1熔鑄工藝

2.1.1  成分的控制

 1)配料中廢料用量不超過(guò)50%，鋁錠選用高純鋁。

 2)控制鐵、硅含量：w( Si)<0.10%，w(Fe)% -w(Si)%=0.10%～0.15%。

 控制銅、鋅含量：中限偏下。

 w( Cr)=0.2%~0.21%，保證最終w(Cr)<0. 21%，超過(guò)此值時(shí)要沖淡。生產(chǎn)時(shí)要考慮操作誤

差、分析誤差、系統(tǒng)誤差，避免最終成分超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的。

 配料中不添加M n，盡量少用含M n的廢料�？刂苭( M n) <0. 10%。

 w(Ti)<0.05%，包括細(xì)化劑在線播入的量，在線雙鈦絲進(jìn)入速度為80cm/min。

調(diào)整后的目標(biāo)成分如表2所示。

2.1.2合金的熔煉

 1)熔煉溫度：700℃～750℃。

 2)使用無(wú)Na熔劑。

 3)加入Cr后熔化溫度720℃以上，停留時(shí)間30mm以上，充分?jǐn)嚢琛?/p>

 4)爐內(nèi)精煉。

2.1.3鑄錠的鑄造工藝

 1)在線除氣，最好雙級(jí)過(guò)濾。

 2)在保證鑄造不漏鋁、不拉裂的基礎(chǔ)上，鑄造溫度適當(dāng)提高，最好保證熔體進(jìn)入結(jié)晶器前在730℃以上。

2.2擠壓工藝的改進(jìn)

 將鑄錠車(chē)皮量增大到單面10 mm，并提高板材的擠壓比。原擠壓機(jī)的擠壓簡(jiǎn)直徑為460 mm,與板材的寬度372 mm太接近，在擠壓過(guò)程中鑄錠表層的缺陷（例如偏析金屬、熔鑄夾雜物、擠壓筒污漬等）容易進(jìn)入板材內(nèi)部，形成夾雜和組織不均等缺陷。

2.3試驗(yàn)板材的加工方法

 根據(jù)黑色條紋出現(xiàn)的位置，對(duì)比測(cè)量飛機(jī)座椅與板材的尺寸，模擬板材的銑削加工量，將板材加工成圖5所示的形狀。

 沿兩邊各銑掉寬度5 mm（網(wǎng)格線），沿橫向銑掉尺寸為寬342 mm，厚14 mm的部分（斜線），最終保留的是圖中黑色部分。對(duì)加工后的板材進(jìn)行陽(yáng)極氧化，觀察加工面是否有黑色條紋。

3  試驗(yàn)結(jié)果

3.1合金成分

 表3為對(duì)板材實(shí)測(cè)的化學(xué)成分，可以看到，鋅含量比目標(biāo)值稍低，表明在熔煉時(shí)有輕微燒損；而鈦含量比目標(biāo)值高0. 01%，應(yīng)該是鑄造初始階段人工添加的鈦絲過(guò)多所致�？傮w上，板材的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2光學(xué)顯微鏡檢測(cè)

 沿板材擠壓方向切取金相試樣，在100倍和500倍下觀察其顯微組織形貌，如圖6所示。由圖6可以看出，第二相細(xì)小彌散，大塊化合物充分破碎、沿?cái)D壓方向分布。

3.3陽(yáng)極氧化

 將按照?qǐng)D5加工的板材進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)工藝后生產(chǎn)的板材已無(wú)寬大的黑色條紋。

4結(jié)論

 1)鑄錠皮下偏析組織和難溶組元導(dǎo)致7075鋁合金擠壓板材氧化黑色條紋的產(chǎn)生。

 2)改進(jìn)生產(chǎn)工藝后，第二相變得細(xì)小、分布均勻，大塊未溶相得到充分破碎，沿?cái)D壓方向已無(wú)帶狀分布。

 3)陽(yáng)極氧化后的板材表面沒(méi)有出現(xiàn)黑色條紋，符合表面質(zhì)量要求。