工業鋁型材變形溫度、擠壓速度、變形程度對淬火組織性能的影響

上面討論了變形溫度、擠壓速度、變形程度三者之間的關系與作用對工藝制度的影響與控制，但對熱處理可強化的工業鋁型材而言，除了考慮上述影響外，還要考慮變形速度、變形溫度、變形程度對淬火組織性能的影響與控制。

IO·M·Bahhoar對熱加工變形工業鋁型材的變形溫度、變形速度、變形程度與其后續淬火熱處理后的組織狀態進行了大量的研究工作。這里為討論問題方便起見，先簡化變形程度的影響，得出變形溫度、變形速度與淬火后的組織狀態關系圖，圖中的I區表示變形后淬火不發生再結晶的區域，AA線稱為臨界狀態線，它表示兩個臨界熱變形參數，即變形速度與變形溫度間的關系。低于臨界速度和高于臨界溫度變形時，隨后進行的常規熱處理不會發生再結晶。如AB合金以約10s﹣1的速度變形，欲得到未結晶的淬火鋁型材產品需使變形溫度高于400℃。若在400℃以上變形，則變形速度可稍高于10s﹣1即可得到未再結晶組織。BB線以下的Ⅱ區為完全再結晶區域。AA及BB線間的區域Ⅲ為部分再結晶區域。CC線以上的Ⅳ區則為熱變形后無需淬火就已發生再結晶的區域。這個熱變形組織狀態圖雖然是在特定的合金和特定的變形程度下得到的，可能不同合金、不同的變形條件（對擠壓而言如正擠壓、反擠壓），所得到的具體數據和曲線不會完全相同，但它所反映的一般規律與工業鋁型材加工擠壓生產實踐所發生的情況是吻合的。

在工業鋁型材擠壓生產中要得到未再結晶的穩定的多邊化亞晶組織，在相同的變形程度下有兩種方法可供選擇，一是采用低溫擠壓；二是采用高溫擠壓。低溫時必須在較低的變形速度下擠壓才能得到未再結晶組織，這在國內的生產實踐上很少使用。其原因是：對2×××、7×××系合金，溫度低變形抗力大，增加設備負載；速度低，降低生產效率。有時生產人員也采用低溫擠壓，但這是為了提高擠壓速度。歷為如前所述，低溫下可以不產生或產生周期性表面裂紋。這種擠壓方法在后階段的變形是在可能發生結晶，也可能不發生再結晶的Ⅲ區中進行的，會出現比較嚴重的粗晶環組織。

高溫擠壓：從圖看出，即使在相對較高的變形速度下，適當地提高溫度也能使熱變形盡可能在不發生再結晶的1區中進行。如果變形速度降低，則更不會出現再結晶組織。實際上，高溫條件下欲提高擠壓速度是有限的，因為速度加快可能使溫度升到臨界溫度以上，產生周期性裂紋。實踐表明，2A12合金在450℃左右擠壓時，尾端粗晶環大為減輕；在400℃左右擠壓時，切尾600mm后，粗晶環深度為2mm左右，同樣450℃擠壓，粗晶環深度僅為0.1mm。

生產6063工業鋁型材時的組織控制：6061、6063、6A02等合金熔點溫度較高，變形抗力低，進行高溫擠壓時，變形速度可比2×××、7×××系合金快得多，也不會產生周期性裂紋，但溫度太高的工藝制度可能在Ⅳ區中進行，不用淬火已全部發生再結晶。實際生產中很可能出現這種情況。

以上討論了擠壓溫度與速度對淬火組織的影響，下面討論變形程度與淬火組織的關系。

眾所周知，不同的擠壓方法使得工業鋁型材的淬火組織與性能有著比較明顯的差異，如反擠壓制品與正擠壓鋁型材產品比較，組織性能得到明顯改善，即使在同一正擠壓條件下，頭尾組織性能的差異也很明顯。原因就在于變形程度的差異或者說變形均勻性的差異所致。

這里所說的變形程度不是總平均變形率。對擠壓而言，總平均變形率很大，如上所說，一般要求達到90%-92%，最小也要達到80%，否則其力學性能就很難滿足要求。這里所說的變形程度是指在工業鋁型材產品的不同部位的變形率，即在長度方向的不同部位和橫截面上的不同部位的變形率。我們知道，鋁型材產品前段和產品中心變形程度小，盡管存在變形的不均勻性，但變形仍然維持在1區進行，擠壓后儲存的內能少，在淬火過程中不能有效地形成再結晶核心，即不會發生再結晶，保持為穩定的多邊化亞晶組織；但后階段由于變形的不均勻性越來越嚴重，周邊與中心發生嚴重的剪切變形，周邊已進入Ⅲ變形區，儲存的內能較高，在淬火時能有效地形成再結晶核心 ，發生再結晶；而中心部分變形程度依然較小，保持在1變形區或2變形區變形，儲存的內能比周邊少，故可能發生再結晶，也可能不發生再結晶。發生再結晶的部分與不發生再結晶的部分有了明顯的分界。單孔擠壓棒材時，產生以中心為對稱的粗晶環，圓環上粗晶的厚度對稱相等；多孔擠壓時產生月牙形粗晶環，粗晶環靠近擠壓筒壁一側；型材的粗晶環視鋁型材的不同而異。

在總變形程度相同的情況下，正擠壓產生粗晶環而反擠壓則基本上不產生粗晶環或在尾部產生很少量的粗晶環，是因為反擠壓錠坯與擠壓筒壁之間沒有相對運動，在鑄錠外周不會產生強烈的剪切變形，外周與中心變形程度比較均勻；沿長度方向依次變形，也不存在變形程度的差異，不存在高能區，整個基本擠壓階段都在1區進行，因而淬火過程中不發生再結晶。只是在擠壓結束階段時，鑄錠中心的金屬補充不足，外周金屬克服擠壓墊的摩擦，向中心流動，產生剪切變形，內能升高，淬火時發生再結晶，出現粗晶環，而這種情況也是在減少壓余時才發生的。如保持正擠壓的壓余量，則整根工業鋁型材產品都可能不發生再結晶，自然也就不會出現粗晶環。

根據上述情況，擠壓工藝對工業鋁型材產品的組織有重要影響。欲使組織得到改善，對2 ×××、7×××系合金宜采用上限溫度擠壓；對不進行在線淬火的6×××系合金宜用中限溫度擠壓，防止在后續淬火作業中發生二次結晶。擠壓宜低速運行，以減少金屬流動性的差異，盡可能使變形趨于均勻。