铝型材挤压淬火过程中的组织变化

铝型材淬火加热保温都是在再结晶温度以上进行的。根据再结晶的形核、长大理论，变形金属加热到再结晶温度以上时，将会在变形基体上形成再结晶核心，长大，完成再结晶。

但是在铝型材淬火过程中，再结晶的情况是比较复杂的。根据合金和挤压加工条件的不同，淬火时，可能发生再结晶，也可能不发生再结晶，在同一工件上，一部分发生再结晶并长成大晶粒组织，而另一部分则完全不发生再结晶，仍然保留着原来的加工组织，形成有明显分界的粗晶环。

铝型材淬火组织的这种差异是在什么条件下产生的，如何控制或减小这种差异，下面来讨论这个问题。为了方便，先简要地介绍一下再结晶的两种形核机制：

（1）应变诱发晶界迁移机制，即晶界弓出形核机制。变形量较小（约小于40%）时，变形不均匀，各晶粒间的位错密度互不相同，晶界两侧胞状组织的大小也不一致，加热时可能于大角度晶界的某一小段错密度大的一侧弓出；弓出区域即成为再结晶晶核长大。

（2）亚晶工大形核机制。在加热升温过程中，开始温度较低，处于回复阶段，亚晶与亚晶合并，或亚晶界迁移长大。亚晶长大时，原来分属于各亚晶界的同号位错集中在长大的亚晶界上，使位向差增大，逐渐成为大角度晶界，致晶界迁移速度突增，长大的亚晶即成为再结晶核心，开始再结晶过程。

再结晶晶核是无畸变的新晶区，能量低；而晶核周围的基体仍处于高能量的变形状态，新晶区与原变形区之间的储能差是晶界迁移的驱动力。晶核形成后，晶界就会在驱动力的作用下向周围的变形基体推进，使晶核逐渐长大。当变形基体完全为无畸变的新晶粒所取代时，再结晶过程完成。

本书所讲的挤压都是在热状态下的挤压变形。热挤压变形的特点，一是变形程度大，一般变形率在80%-95%；二是铸锭、工、模具都处于热状态下，温度较高，在塑性变形锥内，因变形热，温度更高，可能发生动态回复，产生亚晶与亚晶合并，或亚晶迁移长成再结晶核心，并随之长大而形成再结晶晶粒。实际上在一定条件下，快速挤压6×××系工业铝型材时，可观察到挤压后的再结晶晶粒。在之后淬火加热时，除发生第二相溶解于固溶体的相变外，同时在原有再结晶核心基础上成长为再结晶晶粒；或使原有再结晶晶粒二次长大而成为大晶粒，于是铝型材断面呈大小不很均匀的再结晶晶粒组织。

但是随着挤压时未发生再结晶的型材，在淬火加热时，其组织变化与上述情况不同。从淬火冷却后取样检查可以看出，一般正挤压型材产品的前端部分没有发生再结晶，依然保持着热挤压后的纤维组织；随着取样不断向铝型材制品后端转移至一定程度，则可发现铝型材制品外围发生了再结晶，而型材产品中心仍为热加工纤维组织，其加工组织与再结晶组织之间有着明显的分界，形成粗晶环。沿着制品后移，外围再结晶部分随之增加，中心部分的加工组织随之减少，也即粗晶环向中心发展，其厚度增大。但是有的合金如6063在一定条件下挤压，铝型材前端也可能形成粗晶环组织。

不同合金淬火组织会存在差异。有的完全发生再结晶，不存在粗晶环；有的制品前端不发生再结晶，后端外围部分发生再结晶，形成粗晶环；有的从前端外周即开始发生再结晶，形成粗晶环，沿铝型材制品往后，粗晶坏深度随之增加。粗晶环对产品质量会产生不良影响，必须进行控制，有的甚至根本不允许粗晶环存在。下面着重讨论粗晶环的形成原因。