鋁型材淬火加熱保溫都是在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的。根據(jù)再結(jié)晶的形核、長(zhǎng)大理論，變形金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上時(shí)，將會(huì)在變形基體上形成再結(jié)晶核心，長(zhǎng)大，完成再結(jié)晶。

       但是在鋁型材淬火過程中，再結(jié)晶的情況是比較復(fù)雜的。根據(jù)合金和擠壓加工條件的不同，淬火時(shí)，可能發(fā)生再結(jié)晶，也可能不發(fā)生再結(jié)晶，在同一工件上，一部分發(fā)生再結(jié)晶并長(zhǎng)成大晶粒組織，而另一部分則完全不發(fā)生再結(jié)晶，仍然保留著原來的加工組織，形成有明顯分界的粗晶環(huán)。

鋁型材淬火組織的這種差異是在什么條件下產(chǎn)生的，如何控制或減小這種差異，下面來討論這個(gè)問題。為了方便，先簡(jiǎn)要地介紹一下再結(jié)晶的兩種形核機(jī)制：

（1）應(yīng)變誘發(fā)晶界遷移機(jī)制，即晶界弓出形核機(jī)制。變形量較小（約小于40%）時(shí)，變形不均勻，各晶粒間的位錯(cuò)密度互不相同，晶界兩側(cè)胞狀組織的大小也不一致，加熱時(shí)可能于大角度晶界的某一小段錯(cuò)密度大的一側(cè)弓出；弓出區(qū)域即成為再結(jié)晶晶核長(zhǎng)大。

（2）亞晶工大形核機(jī)制。在加熱升溫過程中，開始溫度較低，處于回復(fù)階段，亞晶與亞晶合并，或亞晶界遷移長(zhǎng)大。亞晶長(zhǎng)大時(shí)，原來分屬于各亞晶界的同號(hào)位錯(cuò)集中在長(zhǎng)大的亞晶界上，使位向差增大，逐漸成為大角度晶界，致晶界遷移速度突增，長(zhǎng)大的亞晶即成為再結(jié)晶核心，開始再結(jié)晶過程。

再結(jié)晶晶核是無畸變的新晶區(qū)，能量低；而晶核周圍的基體仍處于高能量的變形狀態(tài)，新晶區(qū)與原變形區(qū)之間的儲(chǔ)能差是晶界遷移的驅(qū)動(dòng)力。晶核形成后，晶界就會(huì)在驅(qū)動(dòng)力的作用下向周圍的變形基體推進(jìn)，使晶核逐漸長(zhǎng)大。當(dāng)變形基體完全為無畸變的新晶粒所取代時(shí)，再結(jié)晶過程完成。

       本書所講的擠壓都是在熱狀態(tài)下的擠壓變形。熱擠壓變形的特點(diǎn)，一是變形程度大，一般變形率在80%-95%；二是鑄錠、工、模具都處于熱狀態(tài)下，溫度較高，在塑性變形錐內(nèi)，因變形熱，溫度更高，可能發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)，產(chǎn)生亞晶與亞晶合并，或亞晶遷移長(zhǎng)成再結(jié)晶核心，并隨之長(zhǎng)大而形成再結(jié)晶晶粒。實(shí)際上在一定條件下，快速擠壓6×××系工業(yè)鋁型材時(shí)，可觀察到擠壓后的再結(jié)晶晶粒。在之后淬火加熱時(shí)，除發(fā)生第二相溶解于固溶體的相變外，同時(shí)在原有再結(jié)晶核心基礎(chǔ)上成長(zhǎng)為再結(jié)晶晶粒；或使原有再結(jié)晶晶粒二次長(zhǎng)大而成為大晶粒，于是鋁型材斷面呈大小不很均勻的再結(jié)晶晶粒組織。

       但是隨著擠壓時(shí)未發(fā)生再結(jié)晶的型材，在淬火加熱時(shí)，其組織變化與上述情況不同。從淬火冷卻后取樣檢查可以看出，一般正擠壓型材產(chǎn)品的前端部分沒有發(fā)生再結(jié)晶，依然保持著熱擠壓后的纖維組織；隨著取樣不斷向鋁型材制品后端轉(zhuǎn)移至一定程度，則可發(fā)現(xiàn)鋁型材制品外圍發(fā)生了再結(jié)晶，而型材產(chǎn)品中心仍為熱加工纖維組織，其加工組織與再結(jié)晶組織之間有著明顯的分界，形成粗晶環(huán)。沿著制品后移，外圍再結(jié)晶部分隨之增加，中心部分的加工組織隨之減少，也即粗晶環(huán)向中心發(fā)展，其厚度增大。但是有的合金如6063在一定條件下擠壓，鋁型材前端也可能形成粗晶環(huán)組織。

       不同合金淬火組織會(huì)存在差異。有的完全發(fā)生再結(jié)晶，不存在粗晶環(huán)；有的制品前端不發(fā)生再結(jié)晶，后端外圍部分發(fā)生再結(jié)晶，形成粗晶環(huán)；有的從前端外周即開始發(fā)生再結(jié)晶，形成粗晶環(huán)，沿鋁型材制品往后，粗晶壞深度隨之增加。粗晶環(huán)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生不良影響，必須進(jìn)行控制，有的甚至根本不允許粗晶環(huán)存在。下面著重討論粗晶環(huán)的形成原因。

        如擠壓篇所述，在正擠壓中，制品的變形程度在長(zhǎng)度方向和橫斷面上都是不均勻的，沿長(zhǎng)度方向，自前至后增加；在橫斷面上，自內(nèi)向外增加。同時(shí)，在擠壓過程 中，變形區(qū)產(chǎn)生變形熱，使得金屬溫度升高，發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)，亞晶與亞晶合并，同號(hào)位錯(cuò)集結(jié)，形成多邊化組織，但未形成無畸變的結(jié)晶核心。變形程度較低的鋁型材制品前頭部分和中心部分，較變形程度較大的制品后頭部分和外圍部分，由于擠壓存在的外摩擦作用，金屬晶粒變形后的破碎程度不同，晶體點(diǎn)陣畸變有別，致使變形后變形程度大的部分儲(chǔ)能較高，變形小的部分儲(chǔ)能較低。于是在淬火加熱過程中，變形程度大的區(qū)域，因畸變大，位錯(cuò)密度大，內(nèi)能高，發(fā)生亞晶合并或亞晶界遷移長(zhǎng)大，隨著亞晶的長(zhǎng)大，分屬于各亞晶界的同號(hào)位錯(cuò)集中到亞晶界上，使位向差增大而成為大角度晶界，大角度晶界弓出，發(fā)生晶界遷移，便形成再結(jié)晶核心；再結(jié)晶核心長(zhǎng)大即完成再結(jié)晶。而變形程度小的區(qū)域，除發(fā)生溶解的相變外，不形成再結(jié)晶核心，仍保持原來的纖維組織。

       正擠壓制品一般頭部和中心部分因變形程度較小，變形比較均勻，變形后儲(chǔ)存的畸變能小，淬火不發(fā)生再結(jié)晶，因而不出現(xiàn)粗晶環(huán)。于是改正向擠壓為反向擠壓，消除擠壓時(shí)擠壓筒壁與鑄錠的摩擦，使整根鋁型材產(chǎn)品的變形程度和斷面上的均勻性沿長(zhǎng)度方向上，除終了擠壓階段的極小部分，由于金屬補(bǔ)充不足，在斷面外周或斷面中心變形程度增加，畸變能增加，淬火后制品尾部很短長(zhǎng)度內(nèi)、出現(xiàn)深度很淺的粗晶環(huán)外，其余長(zhǎng)度上都相當(dāng)于正向擠壓的開始擠壓和基本擠壓階段開始時(shí)的變形程度和變形均勻性，因而都保持著加工時(shí)的纖維狀組織，不產(chǎn)生粗晶環(huán)。

改變擠壓方法可消除粗晶環(huán)的影響，極大地改善了鋁型材產(chǎn)品的組織性能。改進(jìn)正向擠壓工藝，也可以在一定程度上減少粗晶環(huán)的發(fā)生幾率，改善制品的組織性能。

       擠壓過程中變形的不均勻性是由于摩擦力不均勻引起的。正向擠壓時(shí)，鑄錠與擠壓筒壁發(fā)生摩擦，產(chǎn)生的摩擦越大，鑄錠表面的流速越慢；鑄錠中心沒有外摩擦，只有內(nèi)摩擦的影響，內(nèi)摩擦力比外摩擦力小得多，所以中心流速快。因此減小摩擦力，即可減小流速差。同樣，擠壓速度的快慢也對(duì)流動(dòng)的不均勻性產(chǎn)生影響，擠壓速度越慢，鋁型材制品流速越慢，同一斷面上不同部分的流速差減小。流速差減小，其流速的相對(duì)比值可能不會(huì)發(fā)生大的改變，但其絕對(duì)差的峰值則明顯減小了。當(dāng)絕對(duì)值大峰值降低至發(fā)生再結(jié)晶形核的最小值以下時(shí)，就不會(huì)發(fā)生再結(jié)晶，也就不會(huì)產(chǎn)生粗晶環(huán)。因此一切使金屬流動(dòng)速度減小的措施，都可改善金屬流動(dòng)的不均勻性，減小粗晶環(huán)產(chǎn)生的幾率。提高擠壓筒溫度和鑄錠溫度，可降低變形抗力，即降低了摩擦力，減小了金屬流動(dòng)的不均勻性；降低擠壓速度，同樣降低金屬流動(dòng)的不均勻性。而提高擠壓溫度，對(duì)硬合金和超硬合金，必然伴隨擠壓速度的降低。若不降低擠壓速度，其變形熱所產(chǎn)生的溫升加上提高的的擠壓筒溫度和鑄錠溫度，即可能超過變形的臨界溫度，導(dǎo)致鋁型材產(chǎn)品產(chǎn)生裂紋而報(bào)廢。所以提高擠壓溫度，降低擠壓速度，可以達(dá)到或接近基本擠壓階段開始時(shí)所具備的條件，避免產(chǎn)生粗晶環(huán)或減少粗晶環(huán)的深度。相反，對(duì)如上所述的6061等合金，若降低擠壓溫度，維持?jǐn)D壓速度不變，則可能自制品前端開始，在制品的外周即發(fā)生了再結(jié)晶，形成了明顯的粗晶環(huán)。