7B04鋁合金鍛件探傷缺陷研究

程思夢，林海濤，溫慶紅，林順巖，李霜，羅德維

（西南鋁業（集團）有限責任公司，重慶401326）

0 前言

Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金因具有高的比強度和硬度、良好的熱加工性、優良的焊接性能、較好的耐腐蝕性能和較高的韌性等優點而被廣泛應用于航空航天領域[1]。7B04鋁合金屬于Al-Zn-Mg-Cu系，其鍛件制品屬于型號工程定型產品，多年來一直存在探傷成品率偏低的情況。因熱頂大規格鑄錠鑄造成型本身有一定難度，再加之鍛件用?550 mm、?630 mm圓鑄錠生產工藝的可調空間并不大，在一定程度上更加大了冶金質量的控制難度[2-3]。鋁合金鍛件鍛造火次多，且局部區域單向變形劇烈，一些微小的冶金缺陷會被急劇放大成探傷缺陷[4-5]。同時，由于是型號定型產品，鑄錠的規格、鍛造工藝不可更改，因此加大了探傷缺陷控制難度。

本文通過對7B04鋁合金鍛件探傷成品率的匯總及工藝調查分析，明確了7B04鋁合金鍛件探傷缺陷的類型和特征，探明了鍛件產生缺陷的原因，并提出了相應的預防措施。

1 試驗方法

統計匯總2017-2020年7B04鋁合金鍛件探傷成品率與熔鑄工藝調查，得知近幾年典型氧化膜缺陷（O、Mg、Al）、非典型氧化膜缺陷（一般為含氣型）已經得到很好的控制，目前探傷缺陷類型主要以Ti化合物缺陷為主[6]。憑借生產現場多年經驗和調研對比得知：過濾板在可以極大程度除渣的同時還可以降低鋁合金的氫含量；分級使用晶粒細化劑，并嚴格控制細化劑的添加量，可明顯降低含Ti化合物探傷缺陷出現的概率，提高合金的成品率。為了進一步驗證上述經驗和調研結果的有效性，本文結合生產現場取樣，采取無損探傷、連續數碼顯微鏡、金相顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜儀（EDS）等測試手段進行生產實踐論證，為優化制定7B04鋁合金其他規格模鍛件生產工藝提供技術支撐和改進方向。

2 試驗結果

2.1 工藝優化

2.1.1 細化劑分析

生產現場取Al-5Ti-1B塊與Al-5Ti-1B絲進行顯微組織分析，其典型顯微組織分別見圖1。可以看出Al-5Ti-1B塊組織中未見夾雜物，化合物主要呈針狀及少量塊狀，最大尺寸為1 000 μm×20 μm。Al-5Ti-1B絲組織中未見夾雜物，TiAl3相和TiB2的分布大致均勻彌散，TiAl3相最大尺寸為95 μm，平均尺寸約28.4 μm，TiB2質點均小于2 μm。Al-5Ti-1B塊大尺寸針狀相易與渣和其他合金元素結合形成含Ti化合物，加入后溶解不充分，產生聚集的含Ti夾雜物遺傳到鑄錠中。

圖1 細化劑典型顯微組織（50倍、200倍和500倍）

綜上所述，取消使用Al-5Ti-1B塊，改用Al-5Ti-1B絲，對減少Ti化合物缺陷有一定效果。

2.1.2 過濾板更換頻次分析

生產現場取2熔次和3熔次后的過濾板進行顯微組織對比分析。過濾板宏觀形貌如圖2所示，典型電鏡形貌如圖3所示，能譜結果見表1~表3。從圖中可以看出，3熔次后的過濾板表面存在許多團聚物，而2熔次后的過濾板表面基本不存在團聚物。由圖3及能譜結果可知，3熔次后的過濾板表面存在的團聚物為含Ti的團狀聚集物，與后續鍛件斷口面存在的含Ti夾雜物形貌相似，成分相近，這是因為反復使用后的過濾板的過濾精度會降低，不能有效過濾聚集的含Ti夾雜物。結合2017-2020年熔鑄工藝調查可知，過濾板雖然可以極大程度除渣和降低鋁合金的氫含量，但反復使用會降低它的過濾效果。因此，將過濾板更換頻次改為每兩個熔次更換一次。

圖2 過濾板宏觀形貌

2.2 生產驗證

對成品不同位置取樣并進行全面綜合分析，典型顯微組織見圖4，典型電鏡形貌見圖5，典型晶粒組織見圖6。由圖可知，樣品未見過燒，化合物均勻彌散分布，殘留相數量少，晶粒沿主變形方向纖維化，存在少量沿變形方向分布的含Fe相，晶內析出相為AlZnCuMg，基本全部回溶。

圖5 典型掃描電鏡形貌及能譜分析

圖6 典型晶粒組織（200倍）

經過熔鑄工藝優化和鍛造實際管控后，同熔鑄、鍛造工藝的多熔次、多批次生產驗證結果表明，各工序無探傷缺陷、雜波等異常現象，7B04鋁合金鍛件成品率顯著提高。

3 結論

（1）通過對7B04鋁合金鍛件探傷成品率的匯總分析和熔鑄工藝調查，探明了鍛件產生缺陷的原因，并提出了相應的預防及解決措施。

（2）熔鑄工藝優化和鍛造實際管控后，結合多熔次、多批次生產驗證，驗證了通過優化過濾板和細化劑的方式可以有效減少Ti化合物缺陷，7B04鋁合金鍛件成品率得到了顯著提高，取得了較好的經濟效益與社會效益。