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铝合金粗晶环概述


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铝合金粗晶环概述

 

粗晶环是挤压制品周边上形成的环状粗大晶粒区域,是挤压制品的一种组织缺陷。粗 晶环中的晶粒尺寸可超过原始晶粒尺寸的 10~100 倍,达到 800~1500btm。它引起铝合金制品力学性能降低,抗疲劳性能比中心区低,淬火后以及用带有这种缺陷的坯料锻造时, 常在粗晶区产生裂纹。具有这种缺陷的铝型材在拉伸矫直时,表面变得粗糙,在阳极氧化 后表面不美观,出现不良瑕疵。

 

粗晶环按形成过程可分为两类:一类是在挤压时在制品外层出现深度不同的粗晶环,主 要为工业纯铝、软铝合金以及镁合金;另一类是在不润滑正向挤压的制品在淬火加热时才 出现的粗晶环,主要为锻铝、硬铝和超硬铝等铝合金。此外,据文献资料介绍,含铜 58%、 2%的黄铜在 725℃挤压的棒材,在锻造前加热时在坯料外层也会出现粗大晶粒组织。粗晶组织的分布是,沿制品长度方向由前端外层向后端外层逐渐扩大,严重时可扩展到整个 断面。粗晶区中的晶粒不是等轴的,而是沿主变形方向即挤压方向被拉长的。

 

产生粗晶环的根本原因是再结晶。不润滑正向挤压时,锭坯表面与挤压筒的强烈摩擦使 得外层金属的变形程度比中心区高几十倍,同时外层金属受到较大的剪切变形,晶粒遭到 较大的破碎,使内能增高,再结晶温度降低。对纯铝等金属来说,外层很容易发生再结晶, 使晶粒长大,又因为外层金属呈复杂的紊流状态,并且制品由前端向后端变形程度越来越 大,所以外层金属变形不均匀,因而再结晶温度也不均匀,使晶粒越往后端越粗大。

 

对铝合金来说,合金中的Mn、Cr 等元素在固溶体中能提高再结晶温度,而合金中的化合 MnAl6、CrAl7、Mg2Si、CuAl2 等又可阻止再结晶晶粒的长大。挤压时强烈的摩擦作用使外层金属流动滞后于中心区,外层金属呈拉副应力状态,促进了 Mn 的析出。这样虽然使固溶体的再结晶温度降低,产生一次再结晶,但因第二相由晶粒内析出后呈弥散质点 分布在晶界上,阻碍了晶粒的集聚长大。因此挤压后制品外层呈现细晶组织。在淬火加热 时,由于温度高,析出的第二相质点又重新溶解,使阻碍晶粒长大的作用消失,一些再次 结晶的晶粒开始吞并周围的晶粒迅速长大,形成粗晶组织,即粗晶环。在挤压制品的中心 区呈稳定流动状态,变形比较均匀,又由于受到压副应力作用,不利于 Mn 的析出,中心区金属的再结晶温度升高,不易形成粗晶。生成粗晶环的主要因素,是合金元素含量、均 匀化温度、挤压温度、挤压筒加热温度、淬火加热温度及应力状态。通常均匀化温度越高, 时间越长,粗晶环会越大。随着挤压温度的增高,粗晶环的深度增加。挤压筒的温度高于 锭坯温度时,可减少粗晶环。淬火温度越高将使粗晶环增加。

 

消除粗晶环的最根本的办法是减少挤压时的不均匀变形和控制再结晶的进行,对不同的合金则应采取不同的措施。对锻铝可采取提高挤压温度以及适当降低淬火加热温度的方 法;对硬铝可采取增加 Mn Mg 含量的方法;但对锻铝 LD10 合金采取提高挤压筒温度、降低锭坯加热温度易产生闷车,目前还是采用增加Mn Si 含量的方法控制粗晶环。

 

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