李丹丹，樊 勇，劉 強，溫慶紅，牟 春

（1.西南鋁業(yè)（集團）有限責任公司，重慶 401326；2.北京星航機電裝備有限公司，北京 100071）

0 前言

7050 鋁合金是通過降低7075 鋁合金中的Fe 和Si 等雜質含量，提高Zn、Cu 的含量及Zn/Mg 比值，并在合金中添加Zr 替代Cr 開發(fā)出來的。由于這些成分的改進及采用過時效狀態(tài)，使7050 鋁合金在保持較高強度水平條件下，同時具有韌性好、疲勞強度高和抗應力腐蝕性能好等優(yōu)良綜合性能。7050 鋁合金另一個突出的優(yōu)點是淬透性好，特別適用于制造厚大截面的零件[1]。

晶粒細化是控制材料組織、改善材料性能的一個重要手段。通過晶粒細化，不僅使初晶α-Al 由粗大樹枝晶變?yōu)榧毿〉容S晶，而且還能起到以下作用：改善合金的補縮能力，使組織致密；使二次枝晶細小，第二相分布均勻，有利于抑制或減輕宏觀偏析、羽毛狀晶、浮游晶和粗大金屬間化合物的生成；減少針孔的尺寸和數(shù)量，使其分布更加均勻彌散；消除鋁合金表面缺陷和熱軋缺陷，克服熱裂缺陷和產生傾向，減少裂紋，改善和提高鑄錠的塑性加工變形能力及提高產品的內在質量等。因此強化熔鑄過程中的晶粒細化處理是控制鑄錠組織、獲得優(yōu)質鋁材加工坯料和改善鋁合金冶金質量的重要途徑[2]。

晶粒細化的途經有細化鑄造組織、大變形量加工以及快速退火等手段，而添加晶粒細化劑細化鑄造組織是最根本、最經濟和最有效的方法[3]。在生產實踐中，通常在鑄造時向鋁熔體中連續(xù)添加中間合金晶粒細化劑進行晶粒細化，這也是目前效果最好、最實用的晶粒細化方法。

目前，航空用變形鋁合金的半連續(xù)鑄造過程廣泛采用AlTi3C0.15 和AlTi5B1 兩類細化劑進行晶粒細化。

AlTi5B1 具有良好的細化效果，已被廣泛應用于鋁合金行業(yè)，但內部TiB2容易聚集、沉淀，同時Zr、Cr、Mn 等雜質元素還會與Ti 反應導致細化劑產生“中毒”現(xiàn)象。AlTi3C0.15 合金的TiC 不易發(fā)生聚集沉淀，對導致Al-Ti-B“中毒”的Zr、Cr、Mn 等元素具有“免疫”功能。但Al-Ti-C 的細化能力低于Al-Ti-B，而且具有明顯的衰減性[4]，此外其制備工藝也較為復雜。

鑒于Al-Ti-C 和Al-Ti-B 細化劑的各自優(yōu)缺點，目前關于AlTi3C0.15 和AlTi5B1 兩類細化劑對7050 合金鑄錠晶粒組織影響沒有定論。本文擬對采用這兩類細化劑生產的7050 鋁合金鑄錠晶粒組織進行對比研究，明晰晶粒組織差異，明確各類細化劑對7050鋁合金鑄錠的細化效果。

1 試驗材料及方法

本試驗使用的7050 鋁合金鑄錠分別采用AlTi3C0.15 和AlTi5B1 兩類細化劑，共計3 種規(guī)格。鑄錠明細見表1。

表1 鑄錠明細

試驗方法：取3種試驗鑄錠底部試片進行低倍浸蝕，觀察低倍組織；并在各鑄錠底部1/2 寬度沿厚度方向取高倍樣品，觀察3/8厚度（3T/8）和1/2厚度（T/2）位置的晶粒組織，并測量其晶粒尺寸，取樣示意圖見圖1。

圖1 高倍樣品取樣示意圖

2 試驗結果

2.1 低倍組織

3 種試驗鑄錠底部低倍試驗組織見圖2，低倍觀察結果見表2。由圖2、表2 可知：采用AlTi3C0.15 細化的兩個規(guī)格鑄錠低倍晶粒度在2.5～3 級之間；采用AlTi5B1 細化的鑄錠低倍晶粒度為1.5級，明顯小于采用AlTi3C0.15細化的鑄錠。

圖2 低倍組織

表2 低倍觀察結果

2.2 晶粒組織

3種試驗鑄錠底部不同厚度位置樣品的典型晶粒組織見圖3，晶粒尺寸測量結果見表3。

圖3 典型晶粒組織

表3 晶粒尺寸測量結果

由圖3、表3 可知：各樣品晶粒組織呈等軸狀；采用AlTi3C0.15 細化劑的兩個規(guī)格鑄錠3/8 厚度位置的晶粒尺寸大于1/2 厚度位置，且兩個規(guī)格鑄錠晶粒尺寸基本相當；采用AlTi5B1 細化劑的鑄錠3/8厚度位置的晶粒尺寸小于1/2厚度位置；采用AlTi3C0.15 細化劑的鑄錠晶粒尺寸明顯大于采用AlTi5B1細化劑的鑄錠。

3 試驗分析

采用AlTi3C0.15細化劑的兩個規(guī)格鑄錠晶粒尺寸基本相當，且鑄錠晶粒尺寸明顯大于采用AlTi5B1細化劑的鑄錠?？梢钥闯觯瑢τ?050鋁合金而言，AlTi3C0.15 晶粒細化劑細化效果不如AlTi5B1晶粒細化劑。

在半連續(xù)鑄造過程中，熱量由鑄錠心部向鑄錠邊部擴散，鑄錠邊部由結晶器及水流冷卻，因此，凝固的過冷度由鑄錠心部向邊部逐漸增大，臨界形核尺寸逐漸減小，形核率逐漸提高，鑄錠晶粒尺寸逐漸減小[5]。但是采用AlTi3C0.15 細化劑的兩個規(guī)格鑄錠3/8 厚度位置的晶粒尺寸大于1/2 厚度位置。這可能與AlTi3C0.15 和AlTi5B1 晶粒細化劑的作用及分布存在差異有關。

4 結論

（1）采用AlTi3C0.15 細化劑的鑄錠低倍晶粒度明顯大于采用AlTi5B1細化劑的鑄錠。對于7050鋁合金而言，AlTi3C0.15晶粒細化劑細化效果不如AlTi5B1晶粒細化劑。

（2）采用AlTi3C0.15細化劑的鑄錠3/8厚度位置的晶粒尺寸大于1/2 厚度位置，采用AlTi5B1 細化劑的鑄錠3/8厚度位置的晶粒尺寸小于1/2厚度位置。這可能與AlTi3C0.15 和AlTi5B1 晶粒細化劑的作用及分布存在差異有關。