铸造7075铝合金扁锭的成分优化与控制.pdf

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）

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的能力；杂质Mn应严格控制，控制得越低，裂

纹倾向性越小。

2合金熔体质量控制

铝合金在熔炼，铸造过程中都表现出易吸气，氧化的特性，导致其中含气和非金属夹杂

物等冶金缺陷，直接影响其冶金质量及产品的内在质量，使铸件产生针孔，气孔，夹渣等一

系列缺陷，显着降低材料的强度，疲劳抗力，应力腐蚀，开裂性能等，甚至造成产品报废。

7075铝合金熔体质量控制主要从合金配料，熔体净化处理，熔体温度，熔体炉内停留

时间以及晶粒细化等方面，采用严格的精炼，细化，在线净化处理工艺，保证合金铸锭的冶

金质量。

2.1合金配料选择

熔炼铸造7075铝合金炉料的合理配置是合金熔体质量控制不可忽视的重要组成。高品

位原铝锭或铝液与合金废料的比例也会影响熔体质量和合金铸造质量。炉料的纯度包括炉料

中杂质元素的含量和可作为非自发晶核的非金属夹杂物的含量。实践表明，当配入炉料纯度

很高时，铸锭形成粗晶组织的倾向增加。以工业纯铝为例，当所配炉料全都为高品位原铝锭

时，即使用AlTi中间合金（w（Ti）=0.02），或者加TiB添加剂0.7kg/t料，也会出现粗晶

组织[4]。为防止合金铸锭出现粗晶组织，同时也可降低生产成本，在配料时应避免使用杂

质元素含量过低的原料，同时应配入适量废料。

生产实践表明，7075