铝合金圆棒均质作用及工艺

Technology

合金圆棒均质机理主要包括以下方面：
原子扩散
• 在均质过程中，合金元素的原子在热激活能作用下，由浓度高处向低处扩散。如在含铜、镁等元素的铝合金圆棒中，加热时，铜原子和镁原子会向周围扩散，使各部位合金元素分布更均匀。
• 原子扩散受温度、时间和合金成分影响。温度升高，原子热运动加剧，扩散速度加快；但过高温度会引发晶粒长大等问题。时间延长，扩散更充分，但会降低生产效率。合金元素的种类、含量及相互作用也对扩散有影响。
相转变与溶解
• 铝合金圆棒凝固时会形成多种相，均质处理可使一些非平衡相转变或溶解。如含镁、硅的6061铝合金，铸态下有Mg2Si相，均质时会部分溶解并重新分布，减少组织偏析，提高性能均匀性。
• 相转变与溶解受加热速度、保温时间和冷却速度制约。加热速度过快会使组织应力增加；保温时间过短，相转变和溶解不完全；冷却速度不当会导致新相析出，影响均质效果。

再结晶
• 变形铝合金圆棒内部有位错等晶体缺陷，在热作用下，通过原子扩散和位错运动，形成新的无畸变等轴晶粒，实现再结晶。这能细化晶粒，提高材料韧性和塑性，改善加工性能。
• 再结晶受变形程度、温度和时间影响。变形程度越大，储存能越高，再结晶驱动力越大；温度升高，原子扩散和位错运动加快，利于再结晶形核与长大，但过高温度会使晶粒粗大；保温时间延长，再结晶更充分，但也会导致晶粒长大。

铝合金圆棒均质处理具有多方面重要作用，其主要工艺要点如下：
• 成分均匀化：消除铸锭凝固时产生的成分偏析，使各部位合金元素分布均匀，保证产品性能一致性与稳定性，如避免因局部元素富集导致的性能差异。
• 组织细化：细化晶粒，减少粗大相和共晶组织，提高材料强度、韧性和塑性等综合性能，还能改善加工性能，降低变形抗力，提高成型极限。
• 内应力消除：降低因铸造、加工产生的内应力，减少后续加工及使用时的变形与开裂倾向，提高尺寸精度和稳定性。
• 相结构优化：使不稳定相转变为稳定相，改善耐蚀性、耐热性等，如使含镁铝合金中的β相转变，提高耐蚀性 。

均质工艺
• 加热
• 加热速度：需合理控制，既要避免过快产生热应力，又要防止过慢降低生产效率，如对2A12铝合金，加热速度常控制在一定范围内。
• 加热温度：依据合金成分与性能要求确定，一般在固相线以下100-200℃，像6061铝合金均质温度常为550-580℃ 。
• 加热时间：与铸锭尺寸、加热设备等有关，以保证均质效果，通常需数小时甚至更长，如大型铸锭可能需10小时以上。
• 保温：使合金元素充分扩散、相转变和再结晶，保温时间随铸锭厚度增加而延长，一般每25-50mm厚保温1小时左右。
• 冷却：多采用随炉冷却或风冷等方式，冷却速度影响最终组织与性能，如对7075铝合金，过快冷却会产生新应力与不利相。