中高強鋁合金具有強度高，密度小，抗應力腐蝕性能好等綜合優良性能，被廣泛應用于航空、汽車、船舶等重要領域。中高強鋁合金板坯的傳統生產方法為熱軋法，但其工藝流程長、設備投資大、生產成本高。連續鑄軋具有生產工序簡單、設備投資小、節能環保等優點。但由于中高強鋁合金本身物理特性，鑄軋困難。本文中高強鋁合金鑄軋過程中施加超聲、脈沖電流、穩恒磁場等組合場以及細化劑對鋁合金鑄軋板坯顯微組織的影響，研究表明在鑄軋過程中合適的脈沖電流和穩恒磁場后，能有效細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細化劑后，鑄軋板材組織更加均勻細小，鑄軋偏析消失。
1 前言
7075鋁合金屬于Al-Zn-Mg-Cu系超高強鋁合金，具有強度高，密度小，抗應力腐蝕性能好等綜合優良性能，被廣泛應用于航空、航天等重要領域。7075鋁合金板坯的傳統生產方法為熱軋法，但其工藝流程長、設備投資大、生產成本高。雙輥連續鑄軋是把熔融金屬通過鑄嘴澆入鑄軋輥之間，在輥縫中完成冷卻、結晶、凝固、變形這一系列的工藝過程。連續鑄軋工藝，具有生產工序簡單、設備投資小、節能環保等優點。但由于7075鋁合金本身物理特性，鑄軋困難。
中高強鋁合金板材傳統的生產方法是熱軋法，但是該種生產方法的缺點是耗能高，工序繁多，成本較高。連續鑄軋具有其工藝上的優越性，工藝簡單，生產流程較短，投資成本較少，節能環保等。如果在工業化生產中，用連續鑄軋逐步代替熱軋法來生產中高強鋁合金板材，不僅能產生巨大的經濟效益，而且對環境也十分友好。但是，由于中高強鋁合金中合金元素含量高，在連續鑄軋過程中容易產生偏析現象，在鑄態組織中容易形成粗大的結晶相，均會對中高強鋁合金鑄軋板坯組織產生不利的影響，因此，用連續鑄軋法生產中高強鋁合金板坯無論是在工藝上還是合金板坯的微觀結構上均還存在著許多問題。國內外在超聲波、磁場等外場對凝固過程影響的研究取得了突破，本文通過在中高強鋁合金連續鑄軋過程中施加超聲、脈沖電流、穩恒磁場以及它們的組合場，來研究不同外場對中高強鋁合金鑄軋板坯的組織和偏析的影響，進而尋求一種合適的用于生產中高強鋁合金板材的鑄軋方法。
2 實驗設備及實驗材料
中高強鋁合金連續鑄軋實驗中使用的主要設備有熔煉爐、鑄嘴、水平式雙輥鑄軋機、直流磁場線圈、脈沖電源、超聲裝置，鑄軋實驗所采用的中高強鋁合金為7075鋁合金，其成分為Zn：5.9%，Mg：2.6%，Cu：1.8%，Cr:0.24%；鋁合金經熔煉、合金化、除氣后進行鑄軋，并在鑄軋過程中施加不同的外場，并在板坯中部進行取樣，試樣經研磨、拋光后進行組織觀察。
3 實驗結果及分析
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，微觀偏析嚴重，施加靜磁場時有一定程度的改善，但仍不理想，施加超聲波時有明顯改善，但偏析依然存在，只有施加脈沖電流、脈沖電流與靜磁場同時施加的兩種情況組織最好，組織較均勻，幾乎沒有明顯的微觀偏析。
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，施加脈沖電流時組織明顯有所改善，但仍有微觀偏析存在，只有在同時施加脈沖電流和靜磁場時組織均勻，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，而在同時施加脈沖電流和靜磁場時組織達到最佳，均勻且無偏析。
圖1 不同外場下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：穩恒磁場；e：脈沖電流+穩恒磁場
圖2 不同外場下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：穩恒磁場；e：脈沖電流+穩恒磁場
圖3 不同外場下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：穩恒磁場；e：脈沖電流+穩恒磁場
在本實驗中，向7075鋁合金中加入了0.2%的Al-Ti-B細化劑，并分別進行了普通鑄軋，在鑄軋區施加超聲，脈沖電流，穩恒磁場，脈沖電流+穩恒磁場的外場鑄軋，探究了在鋁熔體中添加Al-Ti-B細化劑后，不同外場對7075鋁合金鑄軋板坯顯微組織的影響。
圖4 不同組合場下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：穩恒磁場；e：脈沖電流+穩恒磁場
圖4為添加細化劑后不同外場下7075鋁合金中間層顯微組織，從圖中可以看到，普通鑄軋和靜磁場鑄軋條件下組織較粗大，微觀偏析較為嚴重，施加超聲條件下有所改善，施加脈沖電流時組織細化更加明顯，偏析也明顯減輕，而在靜磁場和脈沖電流同時施加時組織達到最細小，偏析也幾乎消失。圖5，6為不同外場下7075鋁合金上、下表層顯微組織，同樣可以看到在添加細化劑條件下，表層組織中組織最為細小的為施加脈沖電流以及同時施加脈沖電流和靜磁場的鑄軋組織。
圖5 不同組合場下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：穩恒磁場；e：脈沖電流+穩恒磁場
圖6 不同場下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：穩恒磁場；e：脈沖電流+穩恒磁場
4 結論：
通過在不同外場下鑄軋7075鋁合金，研究外場及Al-Ti-B細化劑條件下中高強鋁合金的凝固組織，得到以下結論：
（1）普通鑄軋條件下的7075鋁合金，無論是板坯上、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象。
（2）在鑄軋過程中施加脈沖電流或同時施加靜磁場和脈沖電流能有效細化組織和減輕鑄軋偏析。
（3）加入0.2%的Al-Ti-B細化劑后，普通鑄軋和靜磁場鑄軋條件下組織較粗大，微觀偏析較為嚴重，施加超聲條件下有所改善，施加脈沖電流時組織細化更加明顯，偏析也明顯減輕，而在靜磁場和脈沖電流同時施加時組織達到最細小，偏析也幾乎消失。
