中高强铝合金具有强度高，密度小，抗应力腐蚀性能好等综合优良性能，被广泛应用于航空、汽车、船舶等重要领域。中高强铝合金板坯的传统生产方法为热轧法，但其工艺流程长、设备投资大、生产成本高。连续铸轧具有生产工序简单、设备投资小、节能环保等优点。但由于中高强铝合金本身物理特性，铸轧困难。本文中高强铝合金铸轧过程中施加超声、脉冲电流、稳恒磁场等组合场以及细化剂对铝合金铸轧板坯显微组织的影响，研究表明在铸轧过程中合适的脉冲电流和稳恒磁场后，能有效细化铝合金铸轧板坯组织，减少铸轧偏析，尤其在加入0.2%的Al-Ti-B细化剂后，铸轧板材组织更加均匀细小，铸轧偏析消失。
1 前言
7075铝合金属于Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金，具有强度高，密度小，抗应力腐蚀性能好等综合优良性能，被广泛应用于航空、航天等重要领域。7075铝合金板坯的传统生产方法为热轧法，但其工艺流程长、设备投资大、生产成本高。双辊连续铸轧是把熔融金属通过铸嘴浇入铸轧辊之间，在辊缝中完成冷却、结晶、凝固、变形这一系列的工艺过程。连续铸轧工艺，具有生产工序简单、设备投资小、节能环保等优点。但由于7075铝合金本身物理特性，铸轧困难。
中高强铝合金板材传统的生产方法是热轧法，但是该种生产方法的缺点是耗能高，工序繁多，成本较高。连续铸轧具有其工艺上的优越性，工艺简单，生产流程较短，投资成本较少，节能环保等。如果在工业化生产中，用连续铸轧逐步代替热轧法来生产中高强铝合金板材，不仅能产生巨大的经济效益，而且对环境也十分友好。但是，由于中高强铝合金中合金元素含量高，在连续铸轧过程中容易产生偏析现象，在铸态组织中容易形成粗大的结晶相，均会对中高强铝合金铸轧板坯组织产生不利的影响，因此，用连续铸轧法生产中高强铝合金板坯无论是在工艺上还是合金板坯的微观结构上均还存在着许多问题。国内外在超声波、磁场等外场对凝固过程影响的研究取得了突破，本文通过在中高强铝合金连续铸轧过程中施加超声、脉冲电流、稳恒磁场以及它们的组合场，来研究不同外场对中高强铝合金铸轧板坯的组织和偏析的影响，进而寻求一种合适的用于生产中高强铝合金板材的铸轧方法。
2 实验设备及实验材料
中高强铝合金连续铸轧实验中使用的主要设备有熔炼炉、铸嘴、水平式双辊铸轧机、直流磁场线圈、脉冲电源、超声装置，铸轧实验所采用的中高强铝合金为7075铝合金，其成分为Zn：5.9%，Mg：2.6%，Cu：1.8%，Cr:0.24%；铝合金经熔炼、合金化、除气后进行铸轧，并在铸轧过程中施加不同的外场，并在板坯中部进行取样，试样经研磨、抛光后进行组织观察。
3 实验结果及分析
图1 是7075铝合金在不同铸轧条件下板坯中间层的显微组织相貌。从图中可以看到普通铸轧条件下的组织最为粗大，微观偏析严重，施加静磁场时有一定程度的改善，但仍不理想，施加超声波时有明显改善，但偏析依然存在，只有施加脉冲电流、脉冲电流与静磁场同时施加的两种情况组织最好，组织较均匀，几乎没有明显的微观偏析。
图2 为7075铝合金在不同铸轧条件下板坯上表层的显微组织。从图中可以看到普通铸轧、施加静磁场以及超声条件下的组织有明显的微观偏析，组织也较为粗大，施加脉冲电流时组织明显有所改善，但仍有微观偏析存在，只有在同时施加脉冲电流和静磁场时组织均匀，偏析也不存在。
图3 为7075铝合金在不同铸轧条件下板坯下表层的显微组织，从图中可以看到，从普通铸轧、超声铸轧、静磁场铸轧到脉冲铸轧，微观偏析依次减少，组织均匀性提高，而在同时施加脉冲电流和静磁场时组织达到最佳，均匀且无偏析。
图1 不同外场下7075铝合金中间层显微组织形貌
a：普通铸轧；b：超声；c：脉冲电流；d：稳恒磁场；e：脉冲电流+稳恒磁场
图2 不同外场下7075铝合金上表层显微组织形貌
a：普通铸轧；b：超声；c：脉冲电流；d：稳恒磁场；e：脉冲电流+稳恒磁场
图3 不同外场下7075铝合金下表层显微组织形貌
a：普通铸轧；b：超声；c：脉冲电流；d：稳恒磁场；e：脉冲电流+稳恒磁场
在本实验中，向7075铝合金中加入了0.2%的Al-Ti-B细化剂，并分别进行了普通铸轧，在铸轧区施加超声，脉冲电流，稳恒磁场，脉冲电流+稳恒磁场的外场铸轧，探究了在铝熔体中添加Al-Ti-B细化剂后，不同外场对7075铝合金铸轧板坯显微组织的影响。
图4 不同组合场下7075铝合金中间层显微组织形貌
a：普通铸轧；b：超声；c：脉冲电流；d：稳恒磁场；e：脉冲电流+稳恒磁场
图4为添加细化剂后不同外场下7075铝合金中间层显微组织，从图中可以看到，普通铸轧和静磁场铸轧条件下组织较粗大，微观偏析较为严重，施加超声条件下有所改善，施加脉冲电流时组织细化更加明显，偏析也明显减轻，而在静磁场和脉冲电流同时施加时组织达到最细小，偏析也几乎消失。图5，6为不同外场下7075铝合金上、下表层显微组织，同样可以看到在添加细化剂条件下，表层组织中组织最为细小的为施加脉冲电流以及同时施加脉冲电流和静磁场的铸轧组织。
图5 不同组合场下7075铝合金上表层显微组织形貌
a：普通铸轧；b：超声；c：脉冲电流；d：稳恒磁场；e：脉冲电流+稳恒磁场
图6 不同场下7075铝合金下表层显微组织形貌
a：普通铸轧b超声c：脉冲电流d：稳恒磁场；e：脉冲电流+稳恒磁场
4 结论：
通过在不同外场下铸轧7075铝合金，研究外场及Al-Ti-B细化剂条件下中高强铝合金的凝固组织，得到以下结论：
（1）普通铸轧条件下的7075铝合金，无论是板坯上、下表层，还是中间层组织，晶粒都比较粗大，厚度方向上的组织均匀性较差，并且板坯中间层存在明显的偏析现象。
（2）在铸轧过程中施加脉冲电流或同时施加静磁场和脉冲电流能有效细化组织和减轻铸轧偏析。
（3）加入0.2%的Al-Ti-B细化剂后，普通铸轧和静磁场铸轧条件下组织较粗大，微观偏析较为严重，施加超声条件下有所改善，施加脉冲电流时组织细化更加明显，偏析也明显减轻，而在静磁场和脉冲电流同时施加时组织达到最细小，偏析也几乎消失。
