(1) 热加工
热加工是指铝及铝合金锭坯在再结晶温度以上所完成的塑性成型过程。 热加工
时, 锭坯的塑性较高而变型抗力较低, 可以用能力较小的设备生产变形量较大的产
品。 为了保证产品的组织性能, 应严格控制工件的加热温度、 变形温度、 变形速
度、 变形程度以及变形终了温度和变形后的冷却速度。 常见的铝合金热加工方法有
热挤压、 热轧制、 热锻压、 热顶锻、 液体模锻、 半固态成型、 连续铸轧、 连铸连
轧、 连铸连挤等。
(2) 热变形对铸态组织的改善
铝合金在高温下塑性高, 抗力小, 加之原子扩散过程加剧, 伴随有完全再结
晶, 有利于组织的改善。 在三向压缩应力状态占优势的情况下, 热变形能最有效地
改变铝及铝合金的铸态组织; 给予适当的变形量, 可以使铸态组织发生下述有利的
变化。
① 一般热变形是通过多道次的反复变形来完成的。 由于在每一道次中硬化和
软化过程是同时发生的。 变形破碎了粗大的柱状晶粒, 反复的变形, 使材料的组织
成为较均匀细小的等轴晶粒。 同时, 还能使某些微小的裂纹得以愈合。
② 由于应力状态中静水压力的作用, 可促进铸态组织中存在的气泡焊合、 缩
孔压实、 疏松压密、 变为较致密的组织结构。
③ 由于高温原子热运动能力加强, 在应力作用下, 借助原子的自由扩散和异
扩散, 有利于铸锭化学成分的不均匀性相对地减少。 通过热变形, 铸锭组织改变成
了变形组织 (或加工组织), 并具有较高的密度、 均匀细小的等轴晶粒及比较均匀
的化学成分, 因而塑性和强度指标都有明显的提高。
(3) 热变形制品晶粒度的控制
热变形后制品晶粒度的大小, 取决于变形程度和变形温度 (主要是加工终了温
度)。 在完全软化的温度范围内加工铝及铝合金材料时, 为了获得均匀细小的晶粒,
每道次的变形量应大于临界变形程度。 通常每道次的变形量应大于10%, 如2024
合金的临界变形程度, 在变形速度大时 (如冲击变形时) 为2%~8%, 在变形速
度小时 (如在液压机上模锻或挤压时) 应大于10%。
(4) 热变形时的纤维组织
在热变形过程中, 金属内部的晶粒、 杂质和第二相及各种缺陷将沿最大延伸主
变形方向被拉长、 拉细, 而在形成纤维方向的强度高于材料其他方向的强度 (如有
挤压效应时更为明显), 材料表现出不同程度的各向异性。 此外, 热变形时也可能
同时产生变形织构及再结晶织构, 它们也会使材料出现方向性及不均匀性。
(5) 热变形过程中的回复与再结晶
热变形过程中, 铝及铝合金材料一般发生动态回复与再结晶。
第1 章 铝及铝合金材料加工技术基础知识 43① 铝及铝合金在热变形过程中的回复。 铝及其合金在热变形过程中的堆垛层
错能较大, 自扩散能较小。 在高温下, 位错的滑移和攀移比较容易进行。 因此, 动
态回复是它们在热变形过程中的唯一软化机构。 高温变形后, 对铝合金材料立即观
察, 在组织中可看到大量的回复亚晶。 将动态回复的组织保持下来, 已成功地用来
提高6063合金建筑挤压型材的强度。
② 铝材在热变形过程中的再结晶。 热变形进入稳态后, 铝材内部发生全面的
动态再结晶, 随着变形的继续, 回复与再结晶又反复进行, 其组织状态已不随变形
量的增加而变化。 但是, 由动态再结晶而导致软化的铝材, 其组织一般难以保持,
因为就在热变形完结后, 静态再结晶即迅速发生而替代了那种 “加工结构”。 所以,
热变形过程中的再结晶, 包括与变形同时发生的动态再结晶和各道次之间变形完结
后冷却时所发生的静态再结晶。 但热变形时起软化作用的主要还是动态再结晶。 研
究结果表明: 动态再结晶的临界变形程度很大; 动态再结晶易于在晶界及亚晶界处
形核; 由于动态再结晶的临界变形程度比静态再结晶大得多, 因此, 一旦变形停
止, 马上会发生静态再结晶; 变形温度愈高, 发生动态再结晶与静态再结晶所需时
间就愈短。