7B04铝合金锻件探伤缺陷研究

程思梦，林海涛，温庆红，林顺岩，李霜，罗德维

（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆401326）

0 前言

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金因具有高的比强度和硬度、良好的热加工性、优良的焊接性能、较好的耐腐蚀性能和较高的韧性等优点而被广泛应用于航空航天领域[1]。7B04铝合金属于Al-Zn-Mg-Cu系，其锻件制品属于型号工程定型产品，多年来一直存在探伤成品率偏低的情况。因热顶大规格铸锭铸造成型本身有一定难度，再加之锻件用ϕ550 mm、ϕ630 mm圆铸锭生产工艺的可调空间并不大，在一定程度上更加大了冶金质量的控制难度[2-3]。铝合金锻件锻造火次多，且局部区域单向变形剧烈，一些微小的冶金缺陷会被急剧放大成探伤缺陷[4-5]。同时，由于是型号定型产品，铸锭的规格、锻造工艺不可更改，因此加大了探伤缺陷控制难度。

本文通过对7B04铝合金锻件探伤成品率的汇总及工艺调查分析，明确了7B04铝合金锻件探伤缺陷的类型和特征，探明了锻件产生缺陷的原因，并提出了相应的预防措施。

1 试验方法

统计汇总2017-2020年7B04铝合金锻件探伤成品率与熔铸工艺调查，得知近几年典型氧化膜缺陷（O、Mg、Al）、非典型氧化膜缺陷（一般为含气型）已经得到很好的控制，目前探伤缺陷类型主要以Ti化合物缺陷为主[6]。凭借生产现场多年经验和调研对比得知：过滤板在可以极大程度除渣的同时还可以降低铝合金的氢含量；分级使用晶粒细化剂，并严格控制细化剂的添加量，可明显降低含Ti化合物探伤缺陷出现的概率，提高合金的成品率。为了进一步验证上述经验和调研结果的有效性，本文结合生产现场取样，采取无损探伤、连续数码显微镜、金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）等测试手段进行生产实践论证，为优化制定7B04铝合金其他规格模锻件生产工艺提供技术支撑和改进方向。

2 试验结果

2.1 工艺优化

2.1.1 细化剂分析

生产现场取Al-5Ti-1B块与Al-5Ti-1B丝进行显微组织分析，其典型显微组织分别见图1。可以看出Al-5Ti-1B块组织中未见夹杂物，化合物主要呈针状及少量块状，最大尺寸为1 000 μm×20 μm。Al-5Ti-1B丝组织中未见夹杂物，TiAl3相和TiB2的分布大致均匀弥散，TiAl3相最大尺寸为95 μm，平均尺寸约28.4 μm，TiB2质点均小于2 μm。Al-5Ti-1B块大尺寸针状相易与渣和其他合金元素结合形成含Ti化合物，加入后溶解不充分，产生聚集的含Ti夹杂物遗传到铸锭中。

图1 细化剂典型显微组织（50倍、200倍和500倍）

综上所述，取消使用Al-5Ti-1B块，改用Al-5Ti-1B丝，对减少Ti化合物缺陷有一定效果。

2.1.2 过滤板更换频次分析

生产现场取2熔次和3熔次后的过滤板进行显微组织对比分析。过滤板宏观形貌如图2所示，典型电镜形貌如图3所示，能谱结果见表1~表3。从图中可以看出，3熔次后的过滤板表面存在许多团聚物，而2熔次后的过滤板表面基本不存在团聚物。由图3及能谱结果可知，3熔次后的过滤板表面存在的团聚物为含Ti的团状聚集物，与后续锻件断口面存在的含Ti夹杂物形貌相似，成分相近，这是因为反复使用后的过滤板的过滤精度会降低，不能有效过滤聚集的含Ti夹杂物。结合2017-2020年熔铸工艺调查可知，过滤板虽然可以极大程度除渣和降低铝合金的氢含量，但反复使用会降低它的过滤效果。因此，将过滤板更换频次改为每两个熔次更换一次。

图2 过滤板宏观形貌

2.2 生产验证

对成品不同位置取样并进行全面综合分析，典型显微组织见图4，典型电镜形貌见图5，典型晶粒组织见图6。由图可知，样品未见过烧，化合物均匀弥散分布，残留相数量少，晶粒沿主变形方向纤维化，存在少量沿变形方向分布的含Fe相，晶内析出相为AlZnCuMg，基本全部回溶。

图5 典型扫描电镜形貌及能谱分析

图6 典型晶粒组织（200倍）

经过熔铸工艺优化和锻造实际管控后，同熔铸、锻造工艺的多熔次、多批次生产验证结果表明，各工序无探伤缺陷、杂波等异常现象，7B04铝合金锻件成品率显著提高。

3 结论

（1）通过对7B04铝合金锻件探伤成品率的汇总分析和熔铸工艺调查，探明了锻件产生缺陷的原因，并提出了相应的预防及解决措施。

（2）熔铸工艺优化和锻造实际管控后，结合多熔次、多批次生产验证，验证了通过优化过滤板和细化剂的方式可以有效减少Ti化合物缺陷，7B04铝合金锻件成品率得到了显著提高，取得了较好的经济效益与社会效益。