李佳乐等：半连续铸造7136超高强铝合金的组织特征及均匀化处理工艺 .915· cast microstructure analysis,using two-stage homogenization.The results show that,compared with the other 7 xxx series aluminum alloys,the cast microstructure of 7136 aluminum alloy has no obvious lamellar Al(Al)+T eutectic phase characteristics,and no S phase exists.The dispersed phase in the matrix is a micron-sized round or rod-shaped MgZn phase.The Mg and Zn were precipitated as MgZn phase in the Al matrix as the liquid alloy solidified.In order to balance the partition coefficients of the Mg and Zn,the two metals converted from the liquid to the solid state,which explained why the Zn and Mg crystal contents were high.After a single stage of homogenization at 462 C,24 h,the residual phase was substantially eliminated.As the homogenization time increased,the residual phase tended to decrease,but the effect was relatively small by this method.After the 7136 aluminum alloy was homogenized for two stages at 450C,24 h and 470 C,24 h.The peak values obtained by differential scanning calorimetry were very small,except for a small amount of high-melting Al,Cu,Fe phase remaining between the crystals.Al,Cu and other phases were basically eliminated and the homogenization effect was significant. KEY WORDS 7136 ultra-high strength aluminum alloy;semicontinuous casting;MgZn,phase;cast microstructure;homogeneous heat treatment 7×××系铝合金(A-Zn-Mg-Cu)是一种超高 减少基体中残留的结品相[]，提高合金的塑性和抗 强度铝合金具有高强度、高断裂韧性和良好的抗应 疲劳断裂性能)]因此对铸态和均匀化组织特征 力腐蚀性能1-】，是一种新型的航空轻型高强度结 研究对于7136铝合金的性能控制具有重要意义. 构材料3，铝合金在机身的应用范围，主要集中在 针对Al-Zn-Mg-Cu合金相的分析已经有大量 上下机翼蒙皮、机座、桁架、龙骨架等).对机体结 的研究.n、T、S和q被认为是合金中主要出现的品 构进行了更大的减重，如7050、7055和7085铝合 间相).大部分学者认为，S相是均匀化达到一定 金.然而为适应复合材料的挑战，对A-Zn-Mg-Cu 温度时m相转化而来，当Zn质量分数大于8% 合金强度、抗疲劳等性能提出了更高的要求 时4]，这种转化变得困难，但关于转变困难的原因 在A-Zn-Mg-Cu合金中Zm是一个非常重要 尚存在较多争议. 的元素，随Zn元素含量和Zn/Mg质量比值的增加， 本文以探究合适的均匀化处理工艺为目的， 合金会获得更高的屈服强度以及更好的韧性，从而 对7136铝合金铸态组织和均匀化组织的晶间相 达到超高强度的要求[6].同时为了保证合金的耐腐 种类及转变机理进行了研究与探讨.7136铝合金 蚀性能，往往又要配以较高的Cu元素含量).7136 铸态组织中T相(MgZn,)弥散分布在晶内，而Cu 铝合金主合金元素中，Z如元素质量分数大于8%，而 元素偏聚于晶界，Zn元素和Mg元素扩散系数较 Zn/Mg质量比在4以上，远远高于7050铝合金(Zn 高，均匀化热处理后，Zn元素和Mg元素在基体得 与Mg的质量比约为2.7)，Cu元素质量分数 以均匀分布，η相消失，C山元素在晶间形成少量的 2.11%.高合金化的7136铝合金在铸造过程中会 高熔点AL,Cu,Fe相. 形成大量的非平衡共品组织，并产生严重的枝晶偏 1实验材料与方法 析和区域偏析[].枝晶网状组织使合金的压力加工 性能变差，制品的强韧性降低，并增加了各向异性和 半连续铸造7136铝合金样品由东北轻合金有 腐蚀敏感性[).因此在压力加工前，合金必须进 限责任公司提供，采用水冷铜模半连续铸造生产，铸 行均匀化处理，其目的是消除枝晶偏析，使合金元素 锭规格为中300mm,表1为7136铝合金成分检测结 充分溶解且分布均匀，提高合金的时效强化潜力，使 果，实验室样品取自铸锭的边部、1/2半径、心部等 非平衡共品相溶解，提高合金的热塑性，最大限度地 不同部位，尺寸为10mm×10mm×10mm. 表17136铝合金成分（质量分数） Table 1 Composition of 7136 aluminum alloy 牌号 Zn Mg Cu Zr Cr Mn Ti Fe Si 7136 8.4-9.41.8-2.5 1.9-2.5 0.1-0.2 0.05 0.05 0.1 0.15 0.12 实测成分 9.31 2.13 2.11 0.12 <0.01 <0.01 0.018 0.077 0.012 样品先用500号和1000号水磨砂纸进行粗磨， 抛光好的样品进行侵蚀，侵蚀剂为Keller试剂（质量 然后依次用2000号和3000号水磨砂纸进行细磨. 分数分别为2.5%HNO,、1.5%HC和1%HF).铸李佳乐等: 半连续铸造 7136 超高强铝合金的组织特征及均匀化处理工艺 cast microstructure analysis, using two鄄stage homogenization. The results show that, compared with the other 7 伊 伊 伊 series aluminum alloys, the cast microstructure of 7136 aluminum alloy has no obvious lamellar Al(Al) + T eutectic phase characteristics, and no S phase exists. The dispersed phase in the matrix is a micron鄄sized round or rod鄄shaped MgZn2 phase. The Mg and Zn were precipitated as MgZn2 phase in the Al matrix as the liquid alloy solidified. In order to balance the partition coefficients of the Mg and Zn, the two metals converted from the liquid to the solid state, which explained why the Zn and Mg crystal contents were high. After a single stage of homogenization at 462 益 , 24 h, the residual phase was substantially eliminated. As the homogenization time increased, the residual phase tended to decrease, but the effect was relatively small by this method. After the 7136 aluminum alloy was homogenized for two stages at 450 益 , 24 h and 470 益 , 24 h. The peak values obtained by differential scanning calorimetry were very small, except for a small amount of high鄄melting Al 7Cu2Fe phase remaining between the crystals. Al 2Cu and other phases were basically eliminated and the homogenization effect was significant. KEY WORDS 7136 ultra鄄high strength aluminum alloy; semicontinuous casting; MgZn2 phase; cast microstructure; homogeneous heat treatment 7 伊 伊 伊 系铝合金(Al鄄鄄Zn鄄鄄Mg鄄鄄Cu)是一种超高 强度铝合金具有高强度、高断裂韧性和良好的抗应 力腐蚀性能[1鄄鄄2] ,是一种新型的航空轻型高强度结 构材料[3鄄鄄4] ,铝合金在机身的应用范围,主要集中在 上下机翼蒙皮、机座、桁架、龙骨架等[5] . 对机体结 构进行了更大的减重,如 7050、7055 和 7085 铝合 金. 然而为适应复合材料的挑战,对 Al鄄鄄 Zn鄄鄄Mg鄄鄄Cu 合金强度、抗疲劳等性能提出了更高的要求. 在 Al鄄鄄Zn鄄鄄Mg鄄鄄 Cu 合金中 Zn 是一个非常重要 的元素,随 Zn 元素含量和 Zn / Mg 质量比值的增加, 合金会获得更高的屈服强度以及更好的韧性,从而 达到超高强度的要求[6] . 同时为了保证合金的耐腐 蚀性能,往往又要配以较高的 Cu 元素含量[7] . 7136 铝合金主合金元素中,Zn 元素质量分数大于 8% ,而 Zn / Mg 质量比在 4 以上,远远高于 7050 铝合金(Zn 与 Mg 的 质 量 比 约 为 2郾 7 ), Cu 元 素 质 量 分 数 2郾 11% . 高合金化的 7136 铝合金在铸造过程中会 形成大量的非平衡共晶组织,并产生严重的枝晶偏 析和区域偏析[8] . 枝晶网状组织使合金的压力加工 性能变差,制品的强韧性降低,并增加了各向异性和 腐蚀敏感性[9鄄鄄10] . 因此在压力加工前,合金必须进 行均匀化处理,其目的是消除枝晶偏析,使合金元素 充分溶解且分布均匀,提高合金的时效强化潜力,使 非平衡共晶相溶解,提高合金的热塑性,最大限度地 减少基体中残留的结晶相[11] ,提高合金的塑性和抗 疲劳断裂性能[12] . 因此对铸态和均匀化组织特征 研究对于 7136 铝合金的性能控制具有重要意义. 针对 Al鄄鄄Zn鄄鄄Mg鄄鄄Cu 合金相的分析已经有大量 的研究. 浊、T、S 和 q 被认为是合金中主要出现的晶 间相[13] . 大部分学者认为,S 相是均匀化达到一定 温度时 浊 相转化而来,当 Zn 质量分数大于 8% 时[14] ,这种转化变得困难,但关于转变困难的原因 尚存在较多争议. 本文以探究合适的均匀化处理工艺为目的, 对 7136 铝合金铸态组织和均匀化组织的晶间相 种类及转变机理进行了研究与探讨. 7136 铝合金 铸态组织中 浊 相( MgZn2 ) 弥散分布在晶内,而 Cu 元素偏聚于晶界,Zn 元素和 Mg 元素扩散系数较 高,均匀化热处理后,Zn 元素和 Mg 元素在基体得 以均匀分布,浊 相消失,Cu 元素在晶间形成少量的 高熔点 Al 7Cu2Fe 相. 1 实验材料与方法 半连续铸造 7136 铝合金样品由东北轻合金有 限责任公司提供,采用水冷铜模半连续铸造生产,铸 锭规格为 准300 mm,表 1 为 7136 铝合金成分检测结 果,实验室样品取自铸锭的边部、1 / 2 半径、心部等 不同部位,尺寸为 10 mm 伊 10 mm 伊 10 mm. 表 1 7136 铝合金成分(质量分数) Table 1 Composition of 7136 aluminum alloy % 牌号 Zn Mg Cu Zr Cr Mn Ti Fe Si 7136 8郾 4 ~ 9郾 4 1郾 8 ~ 2郾 5 1郾 9 ~ 2郾 5 0郾 1 ~ 0郾 2 0郾 05 0郾 05 0郾 1 0郾 15 0郾 12 实测成分 9郾 31 2郾 13 2郾 11 0郾 12 < 0郾 01 < 0郾 01 0郾 018 0郾 077 0郾 012 样品先用 500 号和 1000 号水磨砂纸进行粗磨, 然后依次用 2000 号和 3000 号水磨砂纸进行细磨. 抛光好的样品进行侵蚀,侵蚀剂为 Keller 试剂(质量 分数分别为 2郾 5% HNO3 、1郾 5% HCl 和 1% HF). 铸 ·915·