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鋁合金粗晶環(huán)概述

粗晶環(huán)是擠壓制品周邊上形成的環(huán)狀粗大晶粒區(qū)域，是擠壓制品的一種組織缺陷。粗 晶環(huán)中的晶粒尺寸可超過(guò)原始晶粒尺寸的 10～100 倍，達(dá)到 800～1500btm。它引起鋁合金制品力學(xué)性能降低，抗疲勞性能比中心區(qū)低，淬火后以及用帶有這種缺陷的坯料鍛造時(shí)， 常在粗晶區(qū)產(chǎn)生裂紋。具有這種缺陷的鋁型材在拉伸矯直時(shí)，表面變得粗糙，在陽(yáng)極氧化 后表面不美觀，出現(xiàn)不良瑕疵。

粗晶環(huán)按形成過(guò)程可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是在擠壓時(shí)在制品外層出現(xiàn)深度不同的粗晶環(huán)，主 要為工業(yè)純鋁、軟鋁合金以及鎂合金；另一類(lèi)是在不潤(rùn)滑正向擠壓的制品在淬火加熱時(shí)才 出現(xiàn)的粗晶環(huán)，主要為鍛鋁、硬鋁和超硬鋁等鋁合金。此外，據(jù)文獻(xiàn)資料介紹，含銅 58%、鉛 2%的黃銅在 725℃擠壓的棒材，在鍛造前加熱時(shí)在坯料外層也會(huì)出現(xiàn)粗大晶粒組織。粗晶組織的分布是，沿制品長(zhǎng)度方向由前端外層向后端外層逐漸擴(kuò)大，嚴(yán)重時(shí)可擴(kuò)展到整個(gè) 斷面。粗晶區(qū)中的晶粒不是等軸的，而是沿主變形方向即擠壓方向被拉長(zhǎng)的。

產(chǎn)生粗晶環(huán)的根本原因是再結(jié)晶。不潤(rùn)滑正向擠壓時(shí)，錠坯表面與擠壓筒的強(qiáng)烈摩擦使 得外層金屬的變形程度比中心區(qū)高幾十倍，同時(shí)外層金屬受到較大的剪切變形，晶粒遭到 較大的破碎，使內(nèi)能增高，再結(jié)晶溫度降低。對(duì)純鋁等金屬來(lái)說(shuō)，外層很容易發(fā)生再結(jié)晶， 使晶粒長(zhǎng)大，又因?yàn)橥鈱咏饘俪蕪?fù)雜的紊流狀態(tài)，并且制品由前端向后端變形程度越來(lái)越 大，所以外層金屬變形不均勻，因而再結(jié)晶溫度也不均勻，使晶粒越往后端越粗大。

對(duì)鋁合金來(lái)說(shuō)，合金中的Mn、Cr 等元素在固溶體中能提高再結(jié)晶溫度，而合金中的化合物 MnAl6、CrAl7、Mg2Si、CuAl2 等又可阻止再結(jié)晶晶粒的長(zhǎng)大。擠壓時(shí)強(qiáng)烈的摩擦作用使外層金屬流動(dòng)滯后于中心區(qū)，外層金屬呈拉副應(yīng)力狀態(tài)，促進(jìn)了 Mn 的析出。這樣雖然使固溶體的再結(jié)晶溫度降低，產(chǎn)生一次再結(jié)晶，但因第二相由晶粒內(nèi)析出后呈彌散質(zhì)點(diǎn) 分布在晶界上，阻礙了晶粒的集聚長(zhǎng)大。因此擠壓后制品外層呈現(xiàn)細(xì)晶組織。在淬火加熱 時(shí)，由于溫度高，析出的第二相質(zhì)點(diǎn)又重新溶解，使阻礙晶粒長(zhǎng)大的作用消失，一些再次 結(jié)晶的晶粒開(kāi)始吞并周?chē)木ЯＱ杆匍L(zhǎng)大，形成粗晶組織，即粗晶環(huán)。在擠壓制品的中心 區(qū)呈穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)，變形比較均勻，又由于受到壓副應(yīng)力作用，不利于 Mn 的析出，中心區(qū)金屬的再結(jié)晶溫度升高，不易形成粗晶。生成粗晶環(huán)的主要因素，是合金元素含量、均 勻化溫度、擠壓溫度、擠壓筒加熱溫度、淬火加熱溫度及應(yīng)力狀態(tài)。通常均勻化溫度越高， 時(shí)間越長(zhǎng)，粗晶環(huán)會(huì)越大。隨著擠壓溫度的增高，粗晶環(huán)的深度增加。擠壓筒的溫度高于 錠坯溫度時(shí)，可減少粗晶環(huán)。淬火溫度越高將使粗晶環(huán)增加。

消除粗晶環(huán)的最根本的辦法是減少擠壓時(shí)的不均勻變形和控制再結(jié)晶的進(jìn)行，對(duì)不同的合金則應(yīng)采取不同的措施。對(duì)鍛鋁可采取提高擠壓溫度以及適當(dāng)降低淬火加熱溫度的方 法；對(duì)硬鋁可采取增加 Mn 和 Mg 含量的方法；但對(duì)鍛鋁 LD10 合金采取提高擠壓筒溫度、降低錠坯加熱溫度易產(chǎn)生悶車(chē)，目前還是采用增加Mn 和 Si 含量的方法控制粗晶環(huán)。

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