(1) 合金成分的影响
一般来说, 随合金元素及杂质含量的增加, 晶粒尺寸减小。 因为不论合金元素
溶入固溶体中, 还是生成弥散相, 均阻碍晶界迁移, 有利于得到细晶粒组织。 但某
些合金, 若固溶体成分不均匀, 则反而可能出现粗大晶粒组织。 例如3A21合金加
工材的局部粗大晶粒现象。
(2) 原始晶粒尺寸的影响
在合金成分一定时, 变形前的原始晶粒对再结晶后晶粒尺寸也有影响。 一般情
况下, 原始晶粒愈细, 由于原有大角度界面愈多, 因而增加了形核率, 使再结晶后
晶粒尺寸小一些。 但变形程度增加, 原始晶粒的影响减弱。
(3) 变形程度的影响
变形程度与晶粒尺寸的关系如图1-7所示。
图1-7 变形程度与晶粒尺寸的关系
1—慢速加热; 2—快速加热; 3—临界变形程度
由某一变形程度开始发生再结晶并且得到极粗大晶粒, 这一变形程度称为临界
变形程度或临界应变, 用εc 表示。 在一般条件下, εc 为1%~15%。
实验证实, 当变形程度小于εc, 退火时只发生多边化过程, 原始晶界只需做短
距离迁移 (约晶粒尺寸的数百万分之一至数十分之一) 就足以消除应变的不均匀
性。 当变形程度达到εc 时, 个别部位变形不均匀性很大, 其驱动力足以引起晶界
大规模移动而发生再结晶。 但由于此时形核率 N 小, 形核率与晶核长大速度G 之
比值 (N/G) 亦小, 因而得到粗大晶粒。 此后, 在变形程度增大时, N/G 值不断
第1 章 铝及铝合金材料加工技术基础知识 51增高, 再结晶晶粒不断细化。
变形温度升高, 变形后退火时所呈现的临界变形程度亦增加, 如图1-8所示。
这是因为高温变形的同时会发生动态回复, 使变形储能降低之故。 这一现象说明,
为得到较细晶粒, 高温变形可能需要更大的变形量。
金属愈纯, 临界变形程度愈小, 如图1-9所示。 但加入不同元素影响程度不
同。 例如, 铝中加入少量锰可显著提高铝的εc; 但加入锌和铜时, 即使加入量较
大, 影响也较微弱。 这与锰能生成阻碍晶界迁移的弥散质点 MnAl6 有关。
图1-8 铝的临界变形程度
与变形温度的关系
图1-9 不同含锰量的变形程度对
再结晶晶粒尺寸的影响
1—99.7%Al; 2—Al+0.30%Mn; 3—Al+0.6%Mn
εc 有重要的实际意义。 为使退火得到细小晶粒, 应防止变形程度处在εc 附近。
但有时为得到粗晶、 两晶粒晶体或单晶, 可应用临界变形得到粗晶粒这一特性。
(4) 加热温度的影响
加热温度升高, 形核率 N 及晶核长大速度G 增加。 若两个参数以相同规律随
图1-10 铝合金再结晶晶粒尺寸
与加热温度的关系 (保温1h)
1—99.7%Al; 2—Al+1.2%Zn;
3—Al+0.6%Mn; 4—Al+0.55%Fe
温度而变化, 则再结晶完成瞬间的晶
粒尺寸应与退火温度无关; 若 N 随温
度升高而增大的趋势较G 增长的趋势
为强, 则退火温度愈高, 再结晶完成
瞬间的晶粒愈小。
但是, 多数情况下晶粒都会随退
火温度 升 高 而 粗 化 (见 图 1-10)。 这
是因为实际退火时都已发展到晶粒长
大阶段, 这种粗化实质上是晶粒长大
的结果。 温度愈高, 再结晶完成时间
愈短, 在相同保温时间下, 晶粒长大
时间更长, 高温下晶粒长大速度也愈
大, 从而最终得到粗大的晶粒。
(5) 保温时间的影响
在一定温度下, 退火时间延长, 晶粒逐渐长大, 但达到一定尺寸后基本终止。
这是因为晶粒尺寸与退火时间呈抛物线型关系, 所以在一定温度下晶粒尺寸均会有
52 铝加工技术问答一极限值。 若晶粒尺寸达到极限值后, 再提高退火温度, 晶粒还会继续长大。 这是
因为: 原子扩散能力增高了, 打破了晶界迁移力与阻力的平衡关系; 温度升高可使
晶界附近杂质偏聚区破坏, 并促进弥散相部分溶解, 使晶界迁移更易进行。
(6) 加热速度的影响
加热速度高, 再结晶后晶粒细小。 这是因为: 快速加热时, 回复过程来不及进
行或进行得很不充分, 因而不会使冷变形储能大幅度降低。 快速加热提高了实际再
结晶开始温度, 使形核率加大。 此外, 快速加热能减少阻碍晶粒长大的第二相及其
他杂质质点的溶解, 使晶粒长大趋势减弱。