前言：
7049合金是在高强度7001铝合金的基础上发展而来的，其特点是短横向据有高的抗应力腐蚀性能，而强度又不低于7079-T6合金[1]。
7049铝合金具有高强度、轻量化、良好的加工性以及较高抗应力腐蚀性等优点，并可通过热处理工艺进一步强化，在建筑、汽车、航空、船舶等工业领域应用广泛。
我司现应客户要求，为客户提供7049合金 Φ82×8规格铝管，需熔铸侧铸造Φ264/87规格7049合金铸锭，用以供给后续生产加工。本文主要研究7049铝合金小直径空心圆铸锭铸造工艺，解决铸造中常见问题，制定适用于7049铝合金小直径空心圆铸锭铸造工艺，供工业生产中使用。
1. 实验设备
1.1熔炼
本次研究使用15t天然气熔炼炉进行熔炼，性能指标见表1-1。使用15t保温炉进行精炼静置，性能指标见表1-2。
表1-1 15t天然气熔炼炉性能指标
表1-2 15t保温炉性能指标
1.2铸造
本次研究采用热顶铸造方式铸造，该铸造方式具有铸锭内部质量好，组织均匀，力学性能高，铸锭表面光滑，产量及生产效率高等优点，示意图见图1-1。
图1-1 热顶铸造示意图[2]
1.3材料
本次研究使用重熔铝锭（99.7%）、铜板、镁锭、锌锭、铬剂（75%）、铝铍中间合金（3%）、2号熔剂、Al-Ti-B细化剂、7系一级废料（60%加入量）。
2. 实验方法
2.1熔炼铸造
铸锭裂纹通常分为热裂纹和冷裂纹两种，其中冷裂纹是由于铸锭凝固冷却过程中由于内部冷却不均，产生不平衡应力并集中到薄弱处，当应力超过金属的强度或塑性极限时产生[3]。热裂纹是由于固-液区内金属塑性低，熔体结晶时体积收缩产生拉应力，当拉应力超过当时金属强度或收缩率大于伸长率时产生。7049铝合金作为Al-Zn-Mg-Cu系合金，其具有较高的Zn含量，通过调节有效元素加入量可改善铸锭强度，本次实验将调节Zn、Mg元素加入量，控制Be元素加入，分三次铸造。铸造开始时采取铺底操作，使用≥750℃纯铝，铺底铝厚度≥30mm，避免因铸造开始时熔体流入结晶槽与底座接触时，冷却速度特别大，在铸锭底部形成裂纹。铸造结束阶段采用回火操作，铸锭停止下落后立即关闭冷却水。铸造工艺及合金成分见表2-1、表2-2。
表2-1 7049合金Φ264/87铸造工艺
表2-2 7049铝合金配料标准
2.2检验
待铸造结束后于每根铸锭头、尾分别切除140mm、200mm后切取20-30mm厚低倍试片，车削去除试片表面氧化膜，置于料框内进行侵蚀操作：碱液侵蚀→清水冲洗→酸液光洗→清水冲洗。侵蚀时间控制在10-20min，碱液采用8%~12% NaOH溶液，酸液采用20%~30% HNO3溶液。侵蚀后观察低倍试片有无气孔、颗粒夹杂、裂纹等缺陷。
3. 实验结果
本次实验记录见表3-1，铸锭裂纹见图3-1、3-2。
表3-1 7049铝合金 Φ264/87 实验记录
图3-1物料存放-裂纹
图3-2低倍试片-裂纹
7系铝合金合金元素含量总和较高，具有极大地裂纹倾向，7049合金中主要成分基本都对裂纹具有重要的影响作用。从表3-1中可以发现，通过控制Zn、Mg含量，调整锌和镁的比例，提高铸锭的抗拉强度，增大铸锭应力腐蚀开裂抗力，有效降低了7049铝合金的裂纹倾向，一定程度上避免了裂纹产生。按成分目标值①铸造时产生裂纹缺陷的铸锭占比达到50%。通过降低Zn元素加入量，增加Mg元素加入量，使锌镁比减小，按目标值②铸造时产生裂纹缺陷的铸锭占比降低至19%。再在目标值②的基础上，在7049铝合金中少量加入Be元素，将铸锭裂纹倾向进一步降低，按目标值③铸造时，裂纹缺陷消失。
结论：
7系铝合金合金元素含量总和较高，具有极大地裂纹倾向，即使是小直径圆铸锭铸造时也容易因成分配比不当导致铸锭出现裂纹缺陷。通过调节成分配比提高铸锭金属强度、降低铸锭裂纹倾向性，就是防止铸锭产生裂纹的根本办法之一。本实验针对7049铝合金小直径空心圆铸锭进行研究，确定了元素加入量对铸锭裂纹的影响，后续本司铸造时会将Zn含量控制在贴近下限，将Mg含量控制在贴近上线，尽量增大锌镁比例提高铸锭强度，同时在合金中适量加入铍元素改善组织，降低铸造裂纹的产生。
参考文献：
[1] 郑艳玲，刘静，李子微．7049A 铝合金锻件T6状态热处理工艺制度研究[J]．轻合金加工技术，2003：25-27．
[2] 周家荣．铝合金熔铸生产技术问答[M]．冶金工业出版社，2008．
[3] 唐剑，王德满，刘静安，苏槛祥．铝合金熔炼与铸造技术[M]．冶金工业出版社，2014．
