铸造的等轴晶：铝合金铸造的微观奥秘与处理之道

在铝合金的铸造凝固进程中，所形成的晶粒大多为等轴晶，这一现象主要归功于铸造时添加的晶粒细化剂。这些等轴晶呈现树状晶形态，每一个立体的树状晶就是一颗晶粒。树状晶的产生源于凝固过程中的偏析现象，即化学成分的微偏析（micro - segregation），正是它赋予了铸造晶粒独特的树状模样。

对于铸锭（ingot）材料，晶粒大小对其性能影响重大。通常，晶粒越细小，铸锭的延展性越高，后续加工性能也就越好。但树状晶本质较脆，所以一般含树状晶的铸锭很少直接用于冷加工，热加工成型也不多见。若想让材料具备高延展性或优良物理、化学特性，就得去除树状晶或消除微偏析。

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。以直径 15.24cm 的 7050 合金铸锭为例，能清楚看到其中心位置在铸造及均质后的晶粒组织差异明显。均质前的图中，铸锭晶粒的树状晶形态清晰可见；而几乎完全均质处理后的图里，树状晶形态模糊甚至近乎消失。实际上，7050 合金很难仅靠均质处理消除树状晶，需长时间高温的均质条件才行。像 7075、2024、5056、5083、6069 等高强度合金或高添加元素合金，单纯依靠热处理也很难消除树状晶。

不过，有些合金的树状晶消除相对容易，如 3003、6063 和 6061 等合金，可采用高温均质法。用这种方法消除树状晶时，原有晶粒会保留，晶粒大小基本不变。因为这些合金含 Mn 或 Cr 元素，铸锭凝固后的晶粒仅靠热处理难以改变大小。另一种方法热塑性加工，不仅能去除树状晶组织（dendrite structure），还可能产生全新晶粒并改变其大小。新产生的晶粒叫再结晶晶粒，它与加工前的晶粒差异显著，加工后晶粒可能细化，也可能形成粗晶（coarse grain）。