铝合金再结晶的多元影响因素：一场微观世界的“成长挑战”

退火与固溶加热升温速度对再结晶的影响

退火或固溶加热时，升温速度就像一个“神秘开关”，会对再结晶温度和晶粒大小产生奇妙影响。就拿3150合金连铸连轧材料来说，相关图示展现了退火升温速度及温度对再结晶行为的作用：

• 图(a) 是用空气炉，在427℃保温6小时退火。空气炉升温慢悠悠的，就像散步一样。
• 图(b) 则是用盐浴炉，同样在427℃保温6小时退火。盐浴炉升温速度可比空气炉快多了，像冲刺一样。对比这两者的金相图，能发现因为盐浴炉升温快，再结晶温度被提高了。盐浴炉保温6小时后，再结晶几乎完全没完成，而空气炉退火后大部分再结晶都完成了，差别可大了。
• 图© 是空气炉在482℃保温6小时退火。
• 图(d) 是盐浴炉在482℃保温6小时退火。对比这两张金相图，两者都完成了再结晶，但盐浴炉加热升温速度快，加热后的再结晶晶粒更细，就像把大颗粒磨成了细沙。

1100铝片退火相关影响因素

上图呈现了1100铝片退火时的复杂情况，晶粒大小和冷轧加工量、退火温度（360℃和480℃）、快速升温和慢速升温等因素，都在影响再结晶晶粒，还有完全再结晶与否的临界加工量：

• 当退火温度为360℃，保温1小时且快速升温时，如果加工量少于13%，材料就没达到完全再结晶的条件，就像没长大的孩子；要是加工量大于13%，材料就再结晶了，完成了“成长”。而且晶粒大小和冷轧加工量有关，冷轧加工量越大，退火后再结晶的晶粒越小，就像被用力挤压后变得更紧实。同时，这种条件下快速升温的再结晶晶粒明显小于慢速升温的，快速升温就像给晶粒成长踩了刹车。
• 从图中还能看出，退火温度360℃或480℃对1100冷轧铝片再结晶的晶粒大小影响好像不大。不过，480℃退火时再结晶所需的临界冷加工量比360℃退火时低。慢速升温时，480℃退火再结晶所需的临界冷加工量才2% - 3%，而360℃退火时要约11%，差别很明显。另外，不管退火温度咋样，在临界加工量附近经退火产生的再结晶晶粒都异常粗大，尤其是在较高温退火或较慢速升温时，就像突然长成了巨人。

快速升温影响再结晶的原理

热处理快速升温时，就像给原子“按下了暂停键”，让再结晶开始前原子来不及移动，冷加工的形变储能就保留下来了（保留位错）。所以再结晶时，核子数目没消失或消失得少。而且快速升温还能让第二相（化合物或弥散体）保持存在，避免它们溶解或长大。第二相均匀分布，能阻止晶界移动，就像给晶界设了路障，从而提高材料的再结晶温度。

合金元素对再结晶的影响

合金元素可是影响再结晶的关键“角色”。在铝合金里添加锰、铬、锆、钒、钛或钪等元素，能有效提高合金的再结晶温度，就像给再结晶设了更高的门槛；而铁元素会降低合金的再结晶温度。这些元素还会影响再结晶的晶粒大小，它们大多以化合物、弥散体或溶质原子的形式，阻碍再结晶形成或晶界移动，让再结晶后的晶粒在高温下不容易长大，就像给晶粒穿了“防护衣”。

上图说明，纯铝及铝锰合金热铸轧板冷轧90%加工后，锰元素对软化曲线及再结晶温度的影响：90%冷加工的1050（99.5%铝）再结晶开始温度约250℃，结束温度295℃（保温1小时为基础）；90%冷加工的3103合金（99.5%铝 + 1%锰）再结晶开始温度约255℃，结束温度490℃（保温1小时为基础）。可见，锰元素能有效提高再结晶完成的温度，添加1%的锰，让再结晶完成温度提高了约200℃，效果显著。

急速凝固铸造组织对再结晶的影响

急速凝固的铸造组织也会影响再结晶。铸造时，铝合金液体瞬间凝固，合金元素（溶质）以超饱和状态固溶在铸锭内，就像给铸锭灌进了超量的“能量”。和慢速冷却凝固比，这种超饱和状态会提高再结晶温度，超饱和程度越高，再结晶温度越高。但超饱和的铸锭经均质处理后，再结晶温度会变化，和均质参数密切相关。所以，均质处理可能降低或提高再结晶温度（想了解详细的均质热处理，参考热处理相关页面），就像一场未知的“温度游戏”。