『精』铝合金晶粒组织及再结晶：深入解析铝合金制造的关键环节
在铝合金材料的整个制造流程，包括铸造、塑性加工以及热处理等阶段，晶粒相关问题始终是制造者关注的焦点。铸造所得到的胚料，其晶粒通常呈现为等轴的树状晶（coarse grain）；经过冷加工后，多形成纤维晶或者具有方向性的晶粒；而热加工的产物则较为多样，可能是再结晶（recrystallization）后的细晶或粗晶（coarse grain），也可能存在纤维晶组织，甚至出现未完全再结晶（unrecrystallization）的情况。
为了满足客户对铝合金材料不同的性能需求，就必须对晶粒组织进行精准控制。这往往需要从合金设计、制造流程以及制程变量等多个方面入手进行调整。接下来，我们就围绕铝合金的晶粒组织、再结晶机理以及相关实例展开详细的阐述。
一、铸造的等轴晶。通常有两种主要方法去除树状晶：热塑性加工和均质热处理，二者也可结合使用。
简介：在铝合金铸造凝固中因添加晶粒细化剂多形成等轴晶（树状晶），其源于凝固偏析。铸锭晶粒大小影响性能，树状晶脆，含树状晶铸锭少用于冷热加工，要获高延展性等需去除树状晶或微偏析。以 7050 合金铸锭为例说明均质处理对树状晶的影响，7050 等高强度或高添加元素合金难靠热处理消除树状晶，而 3003 等合金可用高温均质法，热塑性加工不仅除树状晶还可能产生新晶粒改变其大小。
二、加工硬化与再结晶。冷加工及热处理、热加工等与晶粒组织变化紧密相关，控制晶粒是关键课题。
简介：冷加工会产生加工硬化，退火热处理可恢复硬度，冷加工后退火常出现再结晶，控制其晶粒大小很重要。热加工指 350℃以上加工，基本无加工硬化，再结晶行为复杂。热加工后可能再结晶或未完全再结晶，有多种晶粒组织形态。纤维、完全再结晶、部分再结晶组织性能有差异。以 7046 铝合金球棒铝管为例，加工量差异致阳极色差，反映再结晶与未再结晶组织。加工量、温度等多种因素影响晶粒组织。
三、冷加工。冷加工对铝及铝合金性能影响显著，不同类型合金有不同硬化特点及表示方法。
简介：冷加工使铝及铝合金加工硬化，硬度升延展性降，如 1050 冷轧板退火后加工硬化曲线所示。加工硬化型合金靠加工硬化强化，不同状态对应不同加工量，影响强度、硬度与延伸率。热处理型合金冷加工可提尺寸精度、加快时效析出，其硬化定义不清晰，两类合金冷加工均致电导稍降。
四、冷加工的退火或固溶处理。冷加工致晶粒变形产生硬化，退火可软化，不同类型合金冷加工前后处理有别。
简介：冷加工使等轴晶变形，加工量越大材料越硬，但加工性能会下降，需退火处理。部分铝合金加工退火条件不同，热处理型合金冷加工前应全退火，加工硬化型合金热加工后可直接冷加工，热处理型合金冷加工后可能直接固溶热处理以析出硬化。
五、再结晶。铝合金冷加工后热处理时再结晶情况受多种因素影响，对材料质量意义重大。
简介：铝合金冷加工后处理可能出现再结晶等现象，退火再结晶受冷加工量等多种条件制约，再结晶温度与加工量等紧密相关。加工量越大，再结晶温度越低，成核数不同致晶粒大小不同。此外，加工速度、退火速度等也影响再结晶温度，不同加工量及分布会产生不同组织，如 7050、7046 合金实例所示。
六、再结晶程序。借助实例、理论及图表阐释铝合金再结晶过程，包括程序、晶粒大小及相关机理。
简介：热处理与加工型合金再结晶本质相似，形状有别，以 5182 - H19 合金为例，通过不同时间退火金相图展现再结晶程序。依 ASTM 标准可测再结晶晶粒大小，晶粒号数与大小相关。Altenpohl 阐述成核及核成长、晶粒成长机理，6061 合金挤压件实例展示微观结构变化。
七、铝合金再结晶的多元影响因素。多种因素影响铝合金再结晶，包括升温速度、合金元素及铸造组织等。
简介：退火或固溶加热升温速度影响再结晶温度与晶粒大小，如 3150 合金及 1100 铝片实例。快速升温保留形变储能、第二相，提高再结晶温度。合金元素中，锰等提高再结晶温度，铁降低该温度，还影响晶粒大小。急速凝固铸造组织因超饱和固溶影响再结晶温度，均质处理会改变其温度。
八、铝合金热加工与再结晶。铝合金热加工在 350℃以上进行，其再结晶受多种因素影响，关乎材料性能与外观。
简介：热加工时 “加工储存应变量” 与 “退火效应” 并存，再结晶行为与 “冷加工 + 退火” 有异同。加工量、温度等多种因素影响再结晶，高温、特定合金元素会阻碍再结晶。挤压后晶粒有多种形态，未完全再结晶致阳极色差，部分合金元素可抑制再结晶。
九、热加工的晶粒组织预测。热加工铝合金的晶粒组织受加工量、温度及合金元素影响，呈现多样变化。
简介：6061 合金挤压圆棒常呈双层组织，内部未完全再结晶区域高温加热可能转变为粗大再结晶晶粒。再结晶区域晶粒大小有梯度，热加工温度复杂，多种因素影响温度分布。满足挤压比大、速度快或合金元素 / 弥散相少等条件可实现完全再结晶，形成细晶组织。
十、部分再结晶的晶粒形态。热处理型高合金热加工后常见部分再结晶晶粒组织，其形态影响材料性能。
简介：热处理型高合金热加工后经固溶热处理常呈部分再结晶，有方向性，如 7075 - T6 组织。热加工晶粒组织复杂，未再结晶组织因处理方式改变。以 7075、6061 合金为例，低挤压比加工后不同位置晶粒组织不同，6061 阳极表面花纹由两次再结晶形成。