铝合金热加工与再结晶：高温下的微观“重塑游戏”

铝合金的热加工，通常是指在350℃以上的温度中进行的加工过程。这一过程里，“加工储存的应变量”和“高温加工时的退火效应”会同时发挥作用。它的再结晶行为，和“冷加工 + 退火热处理”有相似之处，但也存在差异——因为热加工时，能用来启动再结晶的“累积应变量”所剩不多，所以像7000、2000系列这类高合金，热加工后往往难以实现完全再结晶。

热加工的再结晶行为，会受到很多因素影响，比如加工温度、加工量（像挤压比、轧延比这些）、加工速度、铸锭的均质状态，还有合金元素或合金种类等。整体来看，这些因素对再结晶的影响逻辑，和“冷加工 + 退火”是类似的：

• 加工量越大，再结晶温度越低，再结晶后的晶粒也越细小；
• 要是加工量太小，再结晶温度会变得很高，可能没法完成再结晶，最终形成纤维组织，或者“拉长的再结晶晶粒 + 纤维”的混合组织。这种混合的“未完全再结晶组织”，在7000、2000系列等高强度合金的热加工后很常见。

高温加工：再结晶的“拦路虎”

当热加工温度特别高时，加工过程中能积累的“变形能量”或“位错（差排）量”会变得极少，这会让高温加工后的纤维组织，再结晶温度大幅升高。

以2000、7000系列高强度合金为例，若加工温度超过400℃，后续做固溶处理时，再结晶会变得很困难。这是因为这类合金里铝的占比少，却含有较多其他金属元素：这些元素要么在“固溶状态”下直接提高再结晶温度，要么会形成弥散体（比如ZrAl₃、MnAl、CrAl等）来阻碍再结晶。

这些弥散体的尺寸大概是0.1mm，数量还很密集，不仅能“拦住”再结晶的启动，就算再结晶完成了，它们也会阻挡晶粒长大。而且，因为弥散体的存在，再结晶后的晶粒形状可能会带有“方向性”——长轴会沿着加工方向延伸。

挤压过程：晶粒的“变形剧场”

用挤压工艺来举例（如图）：铸棒经过均质处理后，原本是“等轴晶粒”（形状像圆球，各方向均匀），挤压后可能出现两种情况：

• 产生新的再结晶晶粒（如图下右）；
• 原来的等轴晶粒被“拉长”，变成线状的纤维晶（未再结晶，如图下左）。

但实际情况更复杂，还可能出现“粗大的再结晶晶粒”，或者“粗大纤维晶 + 再结晶晶粒”的混合组织——这类“粗大晶粒”往往不符合市场对材料性能的要求。

未完全再结晶：阳极色差的“幕后推手”

热加工若没完成再结晶，组织会是“部分再结晶晶粒 + 部分未再结晶的纤维结构”的混合状态。

以7075合金挤压圆棒为例（如图）：

• 圆棒表面/次表面的热加工量更大，所以会形成“再结晶粗晶层”，用氢氧化钠溶液腐蚀后，这部分光泽更亮；
• 内部/中心的加工量小，积累的变形能少，再结晶温度更高，所以是“未完全再结晶组织”，腐蚀后色泽更暗、带有线条。

当这两种组织同时存在时，做阳极处理就会出现“色差”。比如图（d）中，硬阳处理后会有“淡色（再结晶长形晶粒）”和“暗色（未再结晶纤维晶粒）”的差异，这种混合组织就是“未完全再结晶组织”。

不过，这种色差不一定都能用肉眼看到：如果纤维晶特别细（宽度＜0.1mm），或者再结晶的量极少，色差就很难识别。像6061合金热加工后的硬阳极表面（下图），表面位置能看到淡、暗条纹（因为有再结晶晶粒），但次表面几乎全是细纤维晶，所以色泽很均匀。

合金元素：再结晶的“调节器”

铬、锰、锆、钒、钛、钪这些合金元素，对热加工再结晶的影响，和“冷加工 + 退火”是类似的——它们能提高再结晶温度，从而抑制再结晶、控制晶粒长大。

Chinh等人用Al - Zn - Mg（Cu）合金做的试验（上图）就很能说明问题：

• 镁、铜的添加，对Al - Zn - Mg合金的再结晶结果几乎没影响（试样A、B、C的再结晶晶粒大小差不多，都在90 - 100μm）；
• 但只要添加0.12%的锆（试样D），同样的工艺下，再结晶会变得困难，出现“未完全再结晶”的情况。这说明，哪怕是少量的锆，对再结晶的“阻碍力”也很大。

简单来说，铝合金热加工的再结晶，就像一场“高温下的微观重塑游戏”：加工条件、合金元素都在影响“晶粒要不要变、怎么变”，而最终的晶粒形态，又会直接决定材料的性能和外观（比如阳极色差）。