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铸造7075铝合金扁锭的成分优化与控制--第1页
1合金成分优化与控制
7075铝合金在20t熔炼铸造机组上试制。合金化学成分的控制主要从防止合金铸造裂
纹和保证合金高强度性能两方面考虑,同时,兼顾生产效率及生产成本。
7075铝合金在结晶的过程中,由于溶质再分配,在晶界上存在多元复杂共晶,这是7075
铝合金裂纹倾向大的根本原因;7075铝合金中存在的脆硬相,在很低的铸造应力下也会形
成裂纹源。影响7075铝合金材料断裂韧性的主要因素是合金中的第二相和金相组织,并以
第二相的影响最大。实践表明,7075铝合金的化学成分和主要杂质对扁锭铸造时的裂纹影
响很大。
1.1主要合金元素控制
Zn和Mg是7075铝合金的主要添加元素,随着Zn,Mg含量的提高,7075铝合金的主要
强化相含量(MgZn2)随之提高,合金的抗拉强度和屈服强度提高,但抗应力腐蚀性能及断
裂韧性下降,铸造的开裂倾向增大。文献[2]研究表明,在AlZnMgCu系合金中,w(Mg)=2.1~2.3
时,合金扁锭裂纹废品率高达80;当w(Mg)2.3时,合金扁锭裂纹废品率大幅降低。因
此,生产中Mg含量应控制在标准范围的上限,可有效地降低合金铸造时的热裂倾向。
为保证合金的力学性能,Zn含量控制在标准范围的中上限,尽可能提高w(Zn)/w(Mg)
的比值。
Cu对强度的有利影响与固溶强化生成强化相S(A12CuMg)相有关,Cu能降低晶界与晶
内电位差,还可以改变沉淀相结构和细化沉淀相,它可抑制沿晶界开裂的趋势,因而改善了
合金抗应力腐蚀性能。
Cu还能提高合金过饱和程度,加速合金在100℃~200℃之间人工时效过程,扩大GP区
的稳定温度范围,提高抗拉强度,塑性和疲劳强度,但Cu的加入有产生晶间腐蚀和点腐蚀
的倾向,对热裂比较敏感[3]。
在7075铝合金中,较高的Cu含量明显增加扁锭的热脆性,尤其当w(Cu)1.5时,影
响更为显着,因此,Cu控制在标准范围的中下限,即w(Cu)
1.5.Cr在7075铝合金中主要的作用是改善合金抗应力腐蚀性能。Cr在晶粒内部均匀分
布,使晶粒细长(晶粒的长轴,短轴比约5#1),延长了晶间腐蚀通路。另外,Cr还能显着
增加再结晶的纤维组织,提高了合金的抗拉强度和断裂韧性,从而显着地改善了7075铝合
金铸造过程的热裂倾向,生产中应将Cr含量控制在标准范围的上限。
1.2主要杂质元素控制
在7075铝合金中,Fe,Si,Mn,Cu形成共晶化合物,如Al7Cu2Fe,(AlFeSi),(FeMn)
铸造7075铝合金扁锭的成分优化与控制--第1页
铸造7075铝合金扁锭的成分优化与控制--第2页
Al6,Al(MnFe)
Si,Mg2Si等是在铸锭结晶过程中形成的硬脆异质相,在较低的应力条件下即可产生裂
纹。
Fe,Si含量越高,形成的硬脆异质相数量越多。
Fe和Si在铝中形成的化合物有很大的热脆性,特别是当w(Fe)w(Si)时,产生(A1FeSi)
和游离Si以及(A1FeSi)Al形成的低熔点共晶,具有很大的热脆性,稍有应力作用就容
易产生裂纹。Si和Mg生成杂质相Mg2S,i减少了合金中的强化相(MgZn2),因而降低合金
抗拉强度和屈服强度,但对合金的伸长率影响不大。Mn是导致合金热裂的敏感性元素,Mn
含量越高,7075铝合金的热脆性越大。
综合分析,Si含量应控制在中下限,Fe含量应控制在中上限,且w(Fe)w(Si),以
降低合金的热脆性,提高合金抵抗晶间裂纹
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