孙 巍，迟洋波，王义斌，祝 哮，李鹏伟
（辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳111003）
摘要：对7075铝合金挤压板材氧化后黑条缺陷产生的原因进行了分析，并从增大铸锭表皮下偏析层车皮量、减少难溶组元含量、提高熔铸温度、增大挤压比等方面采取措施，避免了该板材出现氧化黑条缺陷。
关键词：7075铝合金；偏析层；难溶组元；熔铸温度；挤压比
中图分类号：TG164. 21 文章编号：1007 - 7235( 2016) 06 - 0038 - 04
7075铝合金挤压材因密度小、强度高、抗断裂及应力腐蚀性能好，被广泛用于航空航天、轨道交通等的承重结构件。但该合金也存在合金元素含量高、相组成复杂、难溶相含量多等问题，在挤压材中存在各种组织缺陷，影响制品的使用。本试验研究的7075铝合金挤压板材是用于制造飞机座椅，因此对强度、韧性、表面质量等要求极高。该合金板材经固溶、时效处理后，要求强度在580 N／mm2以上，且阳极氧化后表面美观，无肉眼可见的缺陷。在前期试验中，本材料氧化后沿挤压方向表面局部出现黑色条纹缺陷（见图1），其尺寸为1mm～2 mm宽，300mm长，在挤压板材中分布无规律。为了找到该缺陷产生的原因并制定有效的解决方案，进行了以下的分析。
1 7075铝合金挤压板材阳极氧化黑色条纹缺陷分析
1.1化学成分
以前生产的7075铝合金挤压板材的化学成分见表1。分别在板材心部和边部切取成分试样，结果显示心部与边部的成分基本一致，不存在偏析。
1.2宏观形貌
板材经过铣削加工，表面平整、光滑，没有肉眼可见的缺陷；而阳极氧化后，会出现黑色条纹，与基体颜色有明显区别，在板材的边部和心部均出现过黑色条纹，参见图1。
1.3显微组织
沿板材的挤压方向切取金相试样，使用蔡司AXIO光学显微镜观察其显微组织形貌，如图2所示。
从图2可以看出，有黑色条纹区域的第二相较无黑色条纹区域的分布更密集一些，且呈链状分布。所有区域均存在粗大第二相，但区别在于无黑色条纹区域的第二相相对分散一些，而有黑色条纹区域的第二相分布较密集。
1.4 SEM分析
在缺陷位置，平行于挤压方向磨制金相试样，将氧化层用砂纸磨掉并进行抛光，通过扫描电镜观察（图3）。进行元素面扫描可知，缺陷位置主要杂质元素为Fe、M n、Si（图4）。
通过以上分析认为，产生黑条的原因：
1)铸锭车皮量不够，皮下偏析组织（Fe、M n化合物）没有车削干净，挤压过程中进入板材内部。
2)该合金中铬含量高，极易产生Cr的粗大化合物聚集缺陷。
3)挤压设备选用不当，板材尺寸与挤压筒直径太接近，造成铸锭表皮的偏析组织进入挤压板材中。
2 解决方案
2.1熔铸工艺
2.1.1 成分的控制
1)配料中废料用量不超过50%，铝锭选用高纯铝。
2)控制铁、硅含量：w( Si)<0.10%，w(Fe)% -w(Si)%=0.10%～0.15%。
控制铜、锌含量：中限偏下。
w( Cr)=0.2%~0.21%，保证最终w(Cr)<0. 21%，超过此值时要冲淡。生产时要考虑操作误
差、分析误差、系统误差，避免最终成分超出国家标准要求的。
配料中不添加M n，尽量少用含M n的废料。控制w( M n) <0. 10%。
w(Ti)<0.05%，包括细化剂在线播入的量，在线双钛丝进入速度为80cm/min。
调整后的目标成分如表2所示。
2.1.2合金的熔炼
1)熔炼温度：700℃～750℃。
2)使用无Na熔剂。
3)加入Cr后熔化温度720℃以上，停留时间30mm以上，充分搅拌。
4)炉内精炼。
2.1.3铸锭的铸造工艺
1)在线除气，最好双级过滤。
2)在保证铸造不漏铝、不拉裂的基础上，铸造温度适当提高，最好保证熔体进入结晶器前在730℃以上。
2.2挤压工艺的改进
将铸锭车皮量增大到单面10 mm，并提高板材的挤压比。原挤压机的挤压简直径为460 mm,与板材的宽度372 mm太接近，在挤压过程中铸锭表层的缺陷（例如偏析金属、熔铸夹杂物、挤压筒污渍等）容易进入板材内部，形成夹杂和组织不均等缺陷。
2.3试验板材的加工方法
根据黑色条纹出现的位置，对比测量飞机座椅与板材的尺寸，模拟板材的铣削加工量，将板材加工成图5所示的形状。
沿两边各铣掉宽度5 mm（网格线），沿横向铣掉尺寸为宽342 mm，厚14 mm的部分（斜线），最终保留的是图中黑色部分。对加工后的板材进行阳极氧化，观察加工面是否有黑色条纹。
3 试验结果
3.1合金成分
表3为对板材实测的化学成分，可以看到，锌含量比目标值稍低，表明在熔炼时有轻微烧损；而钛含量比目标值高0. 01%，应该是铸造初始阶段人工添加的钛丝过多所致。总体上，板材的化学成分符合标准要求。
3.2光学显微镜检测
沿板材挤压方向切取金相试样，在100倍和500倍下观察其显微组织形貌，如图6所示。由图6可以看出，第二相细小弥散，大块化合物充分破碎、沿挤压方向分布。
3.3阳极氧化
将按照图5加工的板材进行阳极氧化处理，发现改进工艺后生产的板材已无宽大的黑色条纹。
4结论
1)铸锭皮下偏析组织和难溶组元导致7075铝合金挤压板材氧化黑色条纹的产生。
2)改进生产工艺后，第二相变得细小、分布均匀，大块未溶相得到充分破碎，沿挤压方向已无带状分布。
3)阳极氧化后的板材表面没有出现黑色条纹，符合表面质量要求。
