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变形程度对7150铝合金再结晶及性能的影响
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铝合金中厚板生产技术读书笔记
导读：1元素溶解在铝中形成铝基固溶体α,不溶解在铝中的一般形成化合物(金属件化合物β)，铝合金的牌号用2xxx―8xxx系列表示，仅用来区分同一组中不向的铝合金，牌号第二位的字母表示原始合金的改型情况，则表示为原始合金，则表尔为原始合金的改型合金，2.变形铝合金的特性，属于可热处理强化型合金，硬铝合金，热处理不可强化型,塑性和焊接性能好,强度比1xxx系高,但是耐蚀性和它差不多,是，大多数4xxx的
1元素溶解在铝中形成铝基固溶体α,不溶解在铝中的一般形成化合物(金属件化合物β),形成单相固溶体合金时,有利于压力加工和锻造.形成共晶体可以是流动性变好,利于铸造. 2关于牌号
（1） 纯铝的牌号表示
铝含量不低于99。%时为纯铝，其牌号用1x x x系列表示。牌号的最后两位数
字表示最低铝质量分数。牌号第二位的字母表示原始纯铝的改型，A表示纯铝，其他的表示改型。
（2）2到8系的表示方法
铝合金的牌号用2x x x―8x x x系列表示。牌号的最后两位数字没有特殊意义，仅用来区分同一组中不向的铝合金。牌号第二位的字母表示原始合金的改型情况。如果牌号第二位的字母是A，则表示为原始合金；如果是B―Y的其他字母(按国际规定用字母表的次序选用)，则表尔为原始合金的改型合金。
关于牌号H，加工硬化的细分状态：Hxx,其中H后面的第一个数字表示获得该状态的基本处理程序，如
H1：单纯加工硬化状态（未加任何热处理）
H2：加工硬化及不完全退火的状态，是强度降低到规定指标
H3：加工硬化及稳定化热处理的状体，使其力学性能达到稳定状态
H4：加工硬化及喷漆处理的状态，喷漆导致了不完全退火的产品
H后面的第二位数字则表示产品的加工硬化程度。
TX或是TXX牌号后面再添加51或是510,511,52,54之类的则表示经过了消除应力处理的状态。同理W（不稳定固溶处理）后面加这些就表示不稳定固溶热处理后消除应力处理状态。
2.变形铝合金的特性
2.1 1xxx系
工业纯铝,用热处理的方法不能达到强化的效果,只能采用冷作硬化的方法提高其强度,所以强度低.
属于可热处理强化型合金，优点：强度高，硬铝合金，耐热性能和加工性能好，缺点：耐蚀性不好，容易晶间腐蚀，往往需要包一层纯铝或是六系铝
热处理不可强化型,塑性和焊接性能好,强度比1xxx系高,但是耐蚀性和它差不多,是耐蚀性良好的中等强度的铝合金
大多数4xxx的属于热处理不可强化合金,主要用于制造铝合金焊接的添加材料,或者活塞及耐热零件.
不可热处理强化的中等强度铝合金,疲劳性能和焊接性能好,耐海洋大气腐蚀,海军铝合金 6xxx系
可热处理强化,中等强度,耐蚀性好,无应力腐蚀破裂倾向,焊接性能好,用于汽车,建筑用材. 随着镁、硅含量的增加、A1-Mg-Si合金淬火自然时效状态的抗拉强度提高，伸长率降低，当镁、硅总含量一定时，改变镁、硅含量之比对性能也有很大影响。固定镁含量，合金的抗拉强度随着硅含量的增加而提高。固定Mg2si相的含量，增加硅含量，合金的强化效果提 高．而伸长率稍有提高。固定硅含量，合金的抗拉强度随着镁含量的增加而提高.
合金中存在剩余硅和Mg2S1时，随其数量的增加，耐蚀性能样低，但当合金位于m(A1)―Mg2Si二相区以及Mg2Si相全部固溶于基体的单相区内的合金时，耐蚀性最好。所有合金均
无应力腐蚀破裂倾向。
可热处理强化超高强铝合金,具有良好的热变形性能,淬火范围宽,焊接性能好,一般耐蚀性能好,有一定应力腐蚀倾向,强度高于2xxx系,航空航天领域最重要的结构材料之一.
3铝合金轧制原理
作用:通过轧制后，不仅使轧件的厚度变薄，而且轧件的组织与性能也得到改善和提高。如热轧能使铸锭的粗晶破碎、组织致密化；冷轧能使金属的品粒破碎变得更细小，强度提高，塑性降低等。
当轧件高向受到轧辊压缩时，将使金属发生沿纵向和横向流动，即轧件高向(厚度)上受压缩，轧件长度和宽度尺寸增大。但是纵向的延伸变形总是大大超过横向的扩展量(宽展)，这是因为辊面摩擦力对宽向流动的阻碍总是大于纵向许多。
4 铝合金板材生产方法
铝合金热变形：高温塑性好，抗力小，原子扩散加剧，伴随有完全再结晶，有利于组织改善。 优点：(1)一般热变形是通过多道次的反复变形来完成的。由于在每一道次中硬化和软化过程是同时发生的。变形破碎了粗大的柱状晶粒，反复的变形使材料的组织成为较均匀细小的等轴品粒。同时，还能使某些微小的裂纹得以愈合。
(2)由于应力状态中静水压力的作用，可促进铸态组织中存在的气泡焊合，缔孔压实，琉松压实，变为较致密的组织结构。
(3)由于高温原子热运动能力加强，在应力作用下，借助原子的自由扩散和异扩散，有利于相对地减少持锭化学成分的不均匀性。
为了获得均匀细小的晶粒，每道次的变形量应大于临界变形度，通常大于10%。
（1）动态再结晶的临界变形程度很大；(2)动态再结晶易于在晶界及亚晶界处形核；(3)由于动态再结晶的临界变形程度比静态再结品大得多，因此，一旦变形停止，马上会发生静态再结晶 (4)变形温度越高，发生动态再结晶和静态再结晶所需要的时间就越短。
冷变形对组织的影响：
（1） 晶粒形状，朝着最大主变形方向变化，形成纤维组织
（2） 亚结构，形成亚晶
（3） 会有择优取向，产生变形织构
（4） 冷变形不发生软化愈合，所有在晶粒内部出现一些显微裂纹，空洞等缺陷，是密度
减小，是造成显微裂纹和宏观破裂的根源。
热轧；一般铝合金铸锭采用热轧开坯，合金状态图是确定热轧温度范围最基本的依据。理论上热轧开轧温度取合金熔点温度的0.85―0.9倍，但应考虑低熔点相的影响。热轧温度过高，容易出现晶粒粗大，或晶间低熔点相的熔化，导致加热时铸锭过热或过烧，热轧时开裂。 冷轧，再结晶温度以下的轧制，可以生成热轧不能生产的薄板带或是箔材。
中间退火：包括热轧坯料退火和冷轧中间坯料退火（软化退火），热轧坯料退火可以消除热轧后因为不完全热变形产生的硬化，或是某些合金的淬火效应，得到平衡均匀的组织和最大塑性变形能力，实现继续冷轧。
完全退火：再结晶温度以上100~200度，用于生产软态产品，采用快速加热，尽量降低退火上限温度。
低温退火：温度控制在再结晶开始温度以下，用于消除残余应力，稳定材料尺寸，形状和性能。
淬火和时效：对热处理可强化的合金进行淬火与时效热处理。淬火是将合金中的可溶相溶解到固溶体之中，形成室温下不稳定的过饱和固溶体，又称固溶处理；时效是在淬火的基础上，
促使过饱和固溶体进行分解(脱溶)而达到强化的目的。确定淬火温度的原则是使可溶相尽可能地溶解到固溶体之中。淬火温度越高，第二相溶解得越彻底，淬火与时效后合金的力学性能越高。但铝合金固溶温度范围较窄。淬火温度过低则时效后性能低，淬火温度过高易发生过热和过烧，使材料报废，故需严格控制，并要求炉温分布均勾。淬火一般用水作冷却剂，因水的冷却速度快。板材尺寸较小、形状简单，则水温可低些；相反，水温可高些，以减小冷却速度，防止产生扭曲变形和残余应力。为了防止水对板材的腐蚀作用，可在水中加入腐蚀抑制剂(硅酸盐、硝酸盐等)。热处理强化的第二阶段是时效，时效方法有人工时效与自然时效。人工时效是控制在一定温度下进行的时效；自然时效是在室温下放置，无其他处理的工序。一般硬铝合金自然时效比人工时效的强度稍低，但耐蚀性能好，在常温下使用的材料可采用自然时效。但高温下使用时，自然时效的材料不稳定，则必须采用人工时效。超硬铝 (7A04)自然时效时间太长，而且耐蚀性比人工时效的差，因此采用人工时效是合理的。 5 铝合金中厚板热轧
热轧特点：热轧温度范围内，软化起主导作用，因此热轧结束的时候，再结晶通常不完全，呈现出再结晶与变形组织共存的组织状态。
优点：降低变形能耗，改善加工工艺性能，连续自动化提高生产率
缺点：板材尺寸，组织，性能难以控制
热轧前准备工作：铸锭的选择，均匀化退火，表面处理，加热
均匀化退火：热轧前铸锭均匀化退火的目的是使铸锭中的不平衡共晶组织在基体中分布趋于均匀，过饱和固溶元素从固溶体中析出，以消除铸造应力，提高铸锭塑性，减小变形抗力，改善加工产品的组织和性能。
工业中一般采用的均匀化退火温度为0.9T熔~0.95T熔，为加强均匀化过程，尽可能提高均匀化退火温度，采用高温均匀化退火，非平衡相线温度以上和平衡固相线温度以下的退火工艺。
热轧工艺参数的控制：热轧温度，热轧速度，压下量
热轧温度包括开轧温度和终轧温度；理论上开轧温度是熔点的0.85~0.9倍，但应该考虑熔点相的影响，热轧温度高，容易出现晶粒粗大，或晶间熔点低相的熔化，导致加热时铸锭过热或过烧，热轧时开裂。
终轧温度，根据合金的第二类再结晶相图确定，温度过高，晶粒粗大，不能满足性能要求，温度过低，金属加工硬化，能耗增加，再结晶不完全。所以终轧一般相变温度以上20到30度，无相变则是熔点的0.65到0.7倍。
7 中厚板的热处理
均匀化退火：
枝晶偏析的消除和非平衡相的溶解：均匀化退火过程，实际上就是相的溶解和原子的扩散过程。空位迁移是原子在金属和合金中的主要扩散方式。均匀化退火时，原子的扩散主要是在晶内进行的，使晶内化学成分均匀。它只能消除品内偏析，对区域偏析影响很小。由于均匀化退火是在不平衡固相线或共晶线以下温度中进行的，分布在铸锭各晶粒间的不溶物和非金属夹杂缺陷，不能通过溶解和扩散过程消除，所以，均匀化退火不能使合金中基体晶粒的形状发生明显的改变。
过饱和固溶体的溶解
聚集和球化：若合金在平衡状态不呈单相，则均匀化退火时过剩相不能完全溶解。这些未溶的相在退火过程中就可能发生聚集和球化，以减小界面能，达到热力学更稳定的状态。所谓聚集就是过剩相质点粗化过程。
某些合金可能发生相转变，过快的冷却可能产生淬火效应。
优点：（1）改善加工性能，降低铸锭热轧开裂的危险，还可消除残余应力
（2） 提高塑性：合金塑性提高可提高总的冷加工率，减少中间迟火次数或退火时间。还
可改善冷轧板、带材边缘状态及它们的深冲性能。
（3） 减小各向异性，消除偏析
工艺参数：因此，为了加速均匀化过程，应尽可能提高均匀化退火温度。通常采用的均匀化退火温度为(0.9~0.95)Tm,Tm表示铸锭实际开始熔化温度，它低于平衡相图上的固相线.
高温退火: 有时，在低于非平衡固相线温度进行均匀化退火难以达到组织均匀化的目的，即使能达到，也往往需要极长的保温时间.这种在非平衡固相线温度以上但在平衡固相线温度以下的迟火工艺，称为高温均匀化退火。铅合金铸锭在高温均匀化退火时，非平衡共晶在开始阶段熔化，但保温相当长时间后，液相消失，溶质元素近入团溶体中，在原来生成液相的部位(晶间及枝品网胞间)留下显微孔穴.若铸锭氢含量不超过一定值或不产生晶间氧化，则这些显微缺陷可以修复，不会影响成品品质。
加热速度的大小以铸锭不产生裂纹和不发生大的变形为原则.冷却速度值得注意。有些合金冷却太快会产生淬火效应；而冷却过慢又会析出较粗大第二相，使加工时易形成带状组织，固溶处理时难以完全溶解，因此会降低时效强化效应。
再结晶:通常再结晶温度定义为,将变形程度在70%以上,退火1h的最低再结晶开始温度用来表示金属的再结晶温度.
加热速度:加热速度过慢或过快均有升高再结晶温度的趋势。当加热速度十分缓慢时，则变形金属在加热过程中有足够的时间进行回复，使储能减少，从而减少再结晶的驱动力，再结晶温度升高。加热速度过快，也会提高金属再结晶温度，其原因在于再结晶形核和长大都需要时间．若加热速度过快，则在不同温度下的停留时间短，使之来不及形核及长大，所以再结晶温度推迟。
合金成分:在固溶体范围内，加入少量元素通常能急剧提高再结晶温度。金属愈纯，少量元素的作用愈明显。这是因为杂质及合金元素溶入基体后，趋向于位错、晶界处偏聚，阻碍位错的运动和晶界的迁移，同时杂质及合金元素还阻碍原子的扩散，因此显著提高再结晶温度。 变形温度:变形温度高，则金属变形过程中就可能产生回复，使储能减小再结晶的形核速率和长大速率降低，再结晶温度升高。
淬火(固溶处理):淬火是将铝合金在高温下所具有的状态以过冷、过饱和状态固定至室温的热处理形式.铝合金台金时效处理之前，先要通过固溶处理以获得过饱和固溶体。这种固溶体不仅对溶质原于是饱和的，对空位这种晶体缺陷也是饱和的，即处于双重过饱和状态。 变形铝合金淬火后最常见的情况是在保持高塑性的同时强度升高.
同溶处理对强度和塑性的影响大小，取决于固溶强化程度及过剩相对材料的影响。若原来的过剩相质点对位错运动的阻滞不大，则过剩相溶解造成的固溶强化必然会超过溶解而造成的软化，提高合金强度。若过剩相溶解造成的软化超过基体的固溶强化，则合金强度降低。若过剩相属于硬而脆的粗质点，则它们的溶解也必然伴随塑性的提高。
淬火及时效是一种综合热处理工艺,用来提高铝合金的强度性能,因此,一般是合金的最终处理.
加热温度: 在淬火加热过程中，要求合金中起强化作用的溶质，如铜、镁、硅、锌等能够最大限度地溶人铝固溶体中。因此，在不发生局部熔化(过烧)及过热的条件下，应尽量提高淬火加热温度，以便时效时达到最佳强化效果.对于变形铝合金来说，淬火前一般为冷加工(如冷轧板材)或热加工(加热轧制品)状态，在加热过程中，除了发生强化相溶解外，也会发生再结晶或晶粒长大过程.
加热速度:淬火加热速度也影响晶粒尺寸。因为第二相有利于再结晶形核，高的加热速度可以保证再结晶过程在第二相溶解前发生，从而有利于提高形核率，获得细小的再结晶晶粒。
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