工业铝型材变形温度、挤压速度、变形程度对淬火组织性能的影响

上面讨论了变形温度、挤压速度、变形程度三者之间的关系与作用对工艺制度的影响与控制，但对热处理可强化的工业铝型材而言，除了考虑上述影响外，还要考虑变形速度、变形温度、变形程度对淬火组织性能的影响与控制。

IO·M·Bahhoar对热加工变形工业铝型材的变形温度、变形速度、变形程度与其后续淬火热处理后的组织状态进行了大量的研究工作。这里为讨论问题方便起见，先简化变形程度的影响，得出变形温度、变形速度与淬火后的组织状态关系图，图中的I区表示变形后淬火不发生再结晶的区域，AA线称为临界状态线，它表示两个临界热变形参数，即变形速度与变形温度间的关系。低于临界速度和高于临界温度变形时，随后进行的常规热处理不会发生再结晶。如AB合金以约10s﹣1的速度变形，欲得到未结晶的淬火铝型材产品需使变形温度高于400℃。若在400℃以上变形，则变形速度可稍高于10s﹣1即可得到未再结晶组织。BB线以下的Ⅱ区为完全再结晶区域。AA及BB线间的区域Ⅲ为部分再结晶区域。CC线以上的Ⅳ区则为热变形后无需淬火就已发生再结晶的区域。这个热变形组织状态图虽然是在特定的合金和特定的变形程度下得到的，可能不同合金、不同的变形条件（对挤压而言如正挤压、反挤压），所得到的具体数据和曲线不会完全相同，但它所反映的一般规律与工业铝型材加工挤压生产实践所发生的情况是吻合的。

在工业铝型材挤压生产中要得到未再结晶的稳定的多边化亚晶组织，在相同的变形程度下有两种方法可供选择，一是采用低温挤压；二是采用高温挤压。低温时必须在较低的变形速度下挤压才能得到未再结晶组织，这在国内的生产实践上很少使用。其原因是：对2×××、7×××系合金，温度低变形抗力大，增加设备负载；速度低，降低生产效率。有时生产人员也采用低温挤压，但这是为了提高挤压速度。历为如前所述，低温下可以不产生或产生周期性表面裂纹。这种挤压方法在后阶段的变形是在可能发生结晶，也可能不发生再结晶的Ⅲ区中进行的，会出现比较严重的粗晶环组织。

高温挤压：从图看出，即使在相对较高的变形速度下，适当地提高温度也能使热变形尽可能在不发生再结晶的1区中进行。如果变形速度降低，则更不会出现再结晶组织。实际上，高温条件下欲提高挤压速度是有限的，因为速度加快可能使温度升到临界温度以上，产生周期性裂纹。实践表明，2A12合金在450℃左右挤压时，尾端粗晶环大为减轻；在400℃左右挤压时，切尾600mm后，粗晶环深度为2mm左右，同样450℃挤压，粗晶环深度仅为0.1mm。

生产6063工业铝型材时的组织控制：6061、6063、6A02等合金熔点温度较高，变形抗力低，进行高温挤压时，变形速度可比2×××、7×××系合金快得多，也不会产生周期性裂纹，但温度太高的工艺制度可能在Ⅳ区中进行，不用淬火已全部发生再结晶。实际生产中很可能出现这种情况。

以上讨论了挤压温度与速度对淬火组织的影响，下面讨论变形程度与淬火组织的关系。

众所周知，不同的挤压方法使得工业铝型材的淬火组织与性能有着比较明显的差异，如反挤压制品与正挤压铝型材产品比较，组织性能得到明显改善，即使在同一正挤压条件下，头尾组织性能的差异也很明显。原因就在于变形程度的差异或者说变形均匀性的差异所致。

这里所说的变形程度不是总平均变形率。对挤压而言，总平均变形率很大，如上所说，一般要求达到90%-92%，最小也要达到80%，否则其力学性能就很难满足要求。这里所说的变形程度是指在工业铝型材产品的不同部位的变形率，即在长度方向的不同部位和横截面上的不同部位的变形率。我们知道，铝型材产品前段和产品中心变形程度小，尽管存在变形的不均匀性，但变形仍然维持在1区进行，挤压后储存的内能少，在淬火过程中不能有效地形成再结晶核心，即不会发生再结晶，保持为稳定的多边化亚晶组织；但后阶段由于变形的不均匀性越来越严重，周边与中心发生严重的剪切变形，周边已进入Ⅲ变形区，储存的内能较高，在淬火时能有效地形成再结晶核心 ，发生再结晶；而中心部分变形程度依然较小，保持在1变形区或2变形区变形，储存的内能比周边少，故可能发生再结晶，也可能不发生再结晶。发生再结晶的部分与不发生再结晶的部分有了明显的分界。单孔挤压棒材时，产生以中心为对称的粗晶环，圆环上粗晶的厚度对称相等；多孔挤压时产生月牙形粗晶环，粗晶环靠近挤压筒壁一侧；型材的粗晶环视铝型材的不同而异。

在总变形程度相同的情况下，正挤压产生粗晶环而反挤压则基本上不产生粗晶环或在尾部产生很少量的粗晶环，是因为反挤压锭坯与挤压筒壁之间没有相对运动，在铸锭外周不会产生强烈的剪切变形，外周与中心变形程度比较均匀；沿长度方向依次变形，也不存在变形程度的差异，不存在高能区，整个基本挤压阶段都在1区进行，因而淬火过程中不发生再结晶。只是在挤压结束阶段时，铸锭中心的金属补充不足，外周金属克服挤压垫的摩擦，向中心流动，产生剪切变形，内能升高，淬火时发生再结晶，出现粗晶环，而这种情况也是在减少压余时才发生的。如保持正挤压的压余量，则整根工业铝型材产品都可能不发生再结晶，自然也就不会出现粗晶环。

根据上述情况，挤压工艺对工业铝型材产品的组织有重要影响。欲使组织得到改善，对2 ×××、7×××系合金宜采用上限温度挤压；对不进行在线淬火的6×××系合金宜用中限温度挤压，防止在后续淬火作业中发生二次结晶。挤压宜低速运行，以减少金属流动性的差异，尽可能使变形趋于均匀。