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鋁型材熱變形加工對組織性能的影響
1. 鋁型材熱變形加工材料鑄態組織的改善
鋁型材在高溫下塑性高、抗力小,加上原子擴散過程加劇,伴隨有完全再結晶,有利于組織的改善;在三向壓縮應力狀態占優勢的條件下,熱變形能最有效的改變鋁型材的鑄態組織;給予適當的變形量,可以使鑄態組織發生下述有利的變化;(1)由于在每一道次中硬化和軟化過程是同時發生的,所以一般熱變形是通過多道次的反復變形來完成的;變形破碎了粗大的柱狀晶粒,通過反復的變形,使鋁型材的組織成為較均勻細小的等軸晶粒;同時,還能使某些微小的裂紋得以愈合;
(2)由于應力狀態中靜水壓力的作用,可促進鑄態組織中存在的氣泡焊合,縮孔壓實,疏松壓密,變為較致密的組織結構;
(3)由于高溫原子熱運動能力加強,在應力作用下,借助原子的自由擴散和異擴散,有利于鑄錠化學成分的不均勻性相對減少;
通過熱變形,鑄錠組織改善了變形組織(或加工組織),使其具有較高的密度、均勻細小的等軸晶粒及比較均勻的化學成分,因而塑性和抗力的指標都有明顯的提高;
2. 鋁型材熱變形加工晶粒度的控制
熱變形后鋁型材晶粒度的大小,取決于變形程度和變形溫度(主要是加工終了溫度);在完全軟化的溫度范圍內加工鋁型材時,為了獲得均勻細小的晶粒,每道次的變形量應大于臨界變形程度;通常每道次的變形量應大于10%,如2024合金的臨界變形程度,在變形速度大時(如沖擊變形時)為2%~8%,在變形速度小時應大于10%;
3. 鋁型材熱變形時的纖維組織
在熱變形過程中,鋁型材內部的晶粒、雜質和第二相及各種缺陷將沿最大延伸主變形方向被拉長、拉細,而形成纖維方向的強度高于鋁型材其他方向的強度,材料表現出不同程度的各向異性;此外,熱變形時也可能同時產生變形結構及再結晶結構,它們也會使鋁型材產生方向性及不均勻性;
4. 鋁型材熱變形過程中的回復與再結晶
熱變形過程中,在應力狀態作用下,鋁型材一般發生動態回復與再結晶;
(1)鋁型材在熱變形過程中的回復
鋁型材在熱變形過程中的堆垛層錯能較大,自擴散能較小;在高溫下,位錯的滑移和攀移比較容易進行;因此,動態回復是它們在熱變形過程中的唯一軟化機構;高溫變形后,對鋁型材立即觀察,在組織中可以看到大量的回復亞晶;將動態回復的組織保持下來,已成功地用來提高6063系列工業鋁型材的強度;
研究證明:發生動態回復有一個臨界變形程度,只有達到此值時才能形成亞晶;形成亞晶的變形程度與變形溫度和變形速度有關;當變形達到穩定后,亞晶也保持一個平衡形狀;亞晶的取向一般分散在1°~7°的寬廣范圍內;熱變形達到穩態后,亞晶的平均尺寸有一個平衡值;鋁型材在熱變形后的力學性能僅取決于最終的亞晶尺寸,而與其他變形條件無關,因而有可能采用控制變形條件的方法,來獲取所需要的亞晶尺寸,然后通過足夠快的冷卻速度來抑制產生靜態再結晶,而將該組織保持下來;
(2)鋁型材熱變形過程中的再結晶
熱變形進入穩態后,鋁型材內部發生全面的動態再結晶,隨著變形的繼續,回復與再結晶又反復進行,其組織狀態已不隨變形量的增加而變化;但是,由動態再結晶而導致軟化的鋁型材組織一般難以保持,因為就在熱變形完結后,靜態再結晶即迅速發生而替代了那種加工結構;所以,熱變形過程中的再結晶,包括與變形同時發生的動態再結晶和各道次之間,變形完結后冷卻時所發生的靜態再結晶;但熱變形時起軟化作用的主要還是動態再結晶;研究結果表明:
①動態再結晶的臨界變形程度很大;
②動態再結晶易于在晶界及亞晶界處形核;
③由于動態再結晶的臨界變形程度比靜態再結晶大得多,因此,一旦變形停止,馬上會發生靜態再結晶;
④變形溫度愈高,發生動態再結晶與靜態再結晶所需時間就愈短;
應控制變形條件,以獲得最佳的組織結構;

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