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            鋁型材擠壓淬火過程中的組織變化

            鋁型材淬火加熱保溫都是在再結晶溫度以上進行的。根據再結晶的形核、長大理論,變形金屬加熱到再結晶溫度以上時,將會在變形基體上形成再結晶核心,長大,完成再結晶。

            但是在鋁型材淬火過程中,再結晶的情況是比較復雜的。根據合金和擠壓加工條件的不同,淬火時,可能發生再結晶,也可能不發生再結晶,在同一工件上,一部分發生再結晶并長成大晶粒組織,而另一部分則完全不發生再結晶,仍然保留著原來的加工組織,形成有明顯分界的粗晶環。

            鋁型材淬火組織的這種差異是在什么條件下產生的,如何控制或減小這種差異,下面來討論這個問題。為了方便,先簡要地介紹一下再結晶的兩種形核機制:

            (1)應變誘發晶界遷移機制,即晶界弓出形核機制。變形量較?。s小于40%)時,變形不均勻,各晶粒間的位錯密度互不相同,晶界兩側胞狀組織的大小也不一致,加熱時可能于大角度晶界的某一小段錯密度大的一側弓出;弓出區域即成為再結晶晶核長大。

            (2)亞晶工大形核機制。在加熱升溫過程中,開始溫度較低,處于回復階段,亞晶與亞晶合并,或亞晶界遷移長大。亞晶長大時,原來分屬于各亞晶界的同號位錯集中在長大的亞晶界上,使位向差增大,逐漸成為大角度晶界,致晶界遷移速度突增,長大的亞晶即成為再結晶核心,開始再結晶過程。

            再結晶晶核是無畸變的新晶區,能量低;而晶核周圍的基體仍處于高能量的變形狀態,新晶區與原變形區之間的儲能差是晶界遷移的驅動力。晶核形成后,晶界就會在驅動力的作用下向周圍的變形基體推進,使晶核逐漸長大。當變形基體完全為無畸變的新晶粒所取代時,再結晶過程完成。

            本書所講的擠壓都是在熱狀態下的擠壓變形。熱擠壓變形的特點,一是變形程度大,一般變形率在80%-95%;二是鑄錠、工、模具都處于熱狀態下,溫度較高,在塑性變形錐內,因變形熱,溫度更高,可能發生動態回復,產生亞晶與亞晶合并,或亞晶遷移長成再結晶核心,并隨之長大而形成再結晶晶粒。實際上在一定條件下,快速擠壓6×××系工業鋁型材時,可觀察到擠壓后的再結晶晶粒。在之后淬火加熱時,除發生第二相溶解于固溶體的相變外,同時在原有再結晶核心基礎上成長為再結晶晶粒;或使原有再結晶晶粒二次長大而成為大晶粒,于是鋁型材斷面呈大小不很均勻的再結晶晶粒組織。

            但是隨著擠壓時未發生再結晶的型材,在淬火加熱時,其組織變化與上述情況不同。從淬火冷卻后取樣檢查可以看出,一般正擠壓型材產品的前端部分沒有發生再結晶,依然保持著熱擠壓后的纖維組織;隨著取樣不斷向鋁型材制品后端轉移至一定程度,則可發現鋁型材制品外圍發生了再結晶,而型材產品中心仍為熱加工纖維組織,其加工組織與再結晶組織之間有著明顯的分界,形成粗晶環。沿著制品后移,外圍再結晶部分隨之增加,中心部分的加工組織隨之減少,也即粗晶環向中心發展,其厚度增大。但是有的合金如6063在一定條件下擠壓,鋁型材前端也可能形成粗晶環組織。

            不同合金淬火組織會存在差異。有的完全發生再結晶,不存在粗晶環;有的制品前端不發生再結晶,后端外圍部分發生再結晶,形成粗晶環;有的從前端外周即開始發生再結晶,形成粗晶環,沿鋁型材制品往后,粗晶壞深度隨之增加。粗晶環對產品質量會產生不良影響,必須進行控制,有的甚至根本不允許粗晶環存在。下面著重討論粗晶環的形成原因。

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