第四章铝及铝合金
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凝固成形：熔炼金属， 凝固成形：熔炼金属，并将 熔融金属浇注、 熔融金属浇注、压射或吸入 铸型型腔中， 铸型型腔中，凝固成为一定 形状和性能的铸件。 形状和性能的铸件。
铝合金的凝固过程控制着铸件的组织和性能， 铝合金的凝固过程控制着铸件的组织和性能，并决定铝 合金材料在加工成成品前的热处理方式。 合金材料在加工成成品前的热处理方式。 凝固过程中的晶内偏析现象严重影响着铝合金的组织和 性能。 性能。
再结晶晶粒与多边化过程产生亚晶间区别
（1）再结晶形核与晶核长大 ） （2）再结晶温度 ） （3）再结晶晶粒长及二次结晶 ） （4）再结晶晶粒尺寸和不均匀化 ）
铝及铝合金
4.3 铝合金的回复与再结晶
再结晶形核与晶核长大 再结晶晶核形成的必要条件是它们能以界面移动方式吞并周围 基体，进而形成一定尺寸的新生晶粒，所以只有与周围变形体有大 基体，进而形成一定尺寸的新生晶粒， 角度界面的亚晶才能成国潜在的再结晶晶核。 角度界面的亚晶才能成国潜在的再结晶晶核。 再结晶形核的两种机制 （1）应变诱发晶界迁移机制 （2）亚晶长大形核机制
有些情况下， 有些情况下，铸件的表 层由柱状晶组成， 层由柱状晶组成，而内 部却是等轴晶。 部却是等轴晶。
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固
4.1.3 晶内偏析 含B30%的二组元合金凝固情况 B30%的二组元合金凝固情况
冷却速度慢，达到平衡。这时， 冷却速度慢，达到平衡。这时，固相和液相化学成分均和相图 所给成分相同。当冷却到T 温度时，最初形成晶体含B量为10% 所给成分相同。当冷却到T0温度时，最初形成晶体含B量为10%
铝及铝合金
4.2 铝合金的退火 4.2.3 均匀化退火温度及时间
Tm低于平衡相图上的固相 线，有时在低于平衡固相 线温度进行均匀化退火难 以达到组织均匀化的目的。 以达到组织均匀化的目的。 所以有高温均匀退火（ 所以有高温均匀退火（非 平衡固相温度以上， 平衡固相温度以上，但是 在平衡固相线温度以下的 退火工艺）。 退火工艺）。
铝及铝合金
4.2 铝合金的退火
4.2.2 铝合金均匀化退火时的组织变化
均匀化退火是为后续加工做组织准备。 均匀化退火是为后续加工做组织准备。主要组织变化是枝晶偏析消 非平衡相溶解和过饱和的过渡元素相沉淀，溶质浓度均匀化。 除、非平衡相溶解和过饱和的过渡元素相沉淀，溶质浓度均匀化。 7075合金均匀化退火 合金均匀化退火 前后同一个枝晶胞范 围内显微偏析的变化。 围内显微偏析的变化。 不溶过剩相发生聚集、 不溶过剩相发生聚集、 球化。慢冷时， 球化。慢冷时，溶质 均匀沉淀析出。 均匀沉淀析出。
铝及铝合金
4.2 铝合金的退火
4.2.3 均匀化退火温度及时间
温度
均匀化退火源于原子扩散，根据扩散第一定律得： 均匀化退火源于原子扩散，根据扩散第一定律得：
温度升高将扩散过程大大加速， 温度升高将扩散过程大大加速，均匀化过程应尽量提高均 匀化退火温度。通常退火温度为0.9~0.95Tm 匀化退火温度。通常退火温度为
铝及铝合金
4.3 铝合金的回复与再结晶
再结晶温度
开始发生再结晶的温度称为再结晶温度。 开始发生再结晶的温度称为再结晶温度 。 它在合金成分一定的 情况下与变形程度及退火时间有关。 情况下与变形程度及退火时间有关。
1、冷变形程度与再结晶温度的关系 2、退火时间与再结晶温度的关系 、 、
铝及铝合金
4.3 铝合金的回复与再结晶 4.3.2 再结晶
2AL12均匀化 均匀化 退火前30min 退火前 比后7h多得多 比后 多得多
加热速度以铸锭不产生裂纹和不发生大的变形为 原则冷却时间因合金不同而不同。 原则冷却时间因合金不同而不同。
铝及铝合金
4.3 铝合金的回复与再结晶 4.3.1 回复
在退火温度低，退火时间短时， 在退火温度低，退火时间短时，冷变形金属发生的主要过程即为回 其驱动力是冷变形储能。 复。其驱动力是冷变形储能。 冷变形储能的结构形式： 冷变形储能的结构形式：晶格畸变和各种晶格缺陷 回复过程的本质是点缺陷运动和位错运动及其重新组织，在 回复过程的本质是点缺陷运动和位错运动及其重新组织， 精细结构上表现为多边化过程，形成亚晶组织。 精细结构上表现为多边化过程，形成亚晶组织。 如果退火温度升高或退火时间延长，亚晶尺寸逐渐增大， 如果退火温度升高或退火时间延长，亚晶尺寸逐渐增大，位 错缠结逐渐消除，呈现鲜明的亚晶晶界，一定条件下， 错缠结逐渐消除，呈现鲜明的亚晶晶界，一定条件下，亚晶 可以长到约10µm。这种情况称为原位再结晶 可以长到约 。
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固
4.1.1 晶体的形成 通过测定金属温度与冷却时间之间的关系， 通过测定金属温度与冷却时间之间的关系，可以得到一条 冷却曲线，了解金属冷却过程。 冷却曲线，了解金属冷却过程。
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固 4.1.2 铸态晶粒的大小和形状
凝固过程中，铸态晶粒的控制很重要。 凝固过程中，铸态晶粒的控制很重要。
合金成分对再结晶温度 密切相关， 密切相关，在固溶体范 围内， 围内，加入少量元素通 常能急剧提高再结晶温 度。当铝中加的元素浓 度进一步提高时， 度进一步提高时，合金 中出现第二相， 中出现第二相，些时再 结晶温度变化较为复杂。 结晶温度变化较为复杂。
铝及铝合金
4.3 铝合金的回复与再结晶
4.3.2 再结晶
再结晶 在退火温度较高时， 在退火温度较高时，冷变形及铝合金显微组织发生明显 变化，新生的晶粒开始形核长大。 变化，新生的晶粒开始形核长大。
再结晶晶粒与 基体间的界面 一般为大角度 界面。 界面。
铝及铝合金
4.3 铝合金的回复与再结晶
4.3.2 再结晶
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固
4.1.3 晶内偏析
温度T 温度 2时，液相完全 凝固，固相含B30%， 凝固，固相含 ， 当温度T 当温度 1时，固相含 B20%。此时，与固相 。此时， 相平衡的液相含B不断 相平衡的液相含B不断 增加。 增加。
温度稍高于T 温度稍高于 2时，晶 体中含B稍小于 稍小于30%， 体中含 稍小于 ， 被含B70%的液体包 被含 的液体包 所以当温度到T 围。所以当温度到 2 时，必须有液体向晶 体给出B原子 原子。 体给出 原子。
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固 4.1.3 晶内偏析
长 大 中 的 枝 晶 中 晶 内 偏 析 形 成 过 程
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固 4.1.3 晶内偏析
上图（ ）中描述表明晶体是以枝晶长大起来， 上图（e）中描述表明晶体是以枝晶长大起来，快速冷却条 件下，在凝固完毕时，两相枝晶晶轴之间， 件下，在凝固完毕时，两相枝晶晶轴之间，枝间区域存在着 浓度梯度。 浓度梯度。
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固
的 拓 扑 组 织 的 图 解 说 明
4.1.3 晶内偏析 存
在 成 分 偏 析 的 合 金 浸 蚀 后 所 显 露
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固 4.1.3 晶内偏析
通过热处理晶内偏析—由于晶粒内部存在浓度梯度，会发生扩散， 通过热处理晶内偏析—由于晶粒内部存在浓度梯度，会发生扩散， 使合金整体向合金的平均化学成分趋近。 Al-50%Cu合金 合金。 使合金整体向合金的平均化学成分趋近。如Al-50%Cu合金。
快速冷却时，凝固过程。 快速冷却时，凝固过程。
冷 却 时 不 会 出 现 的 相 。 新 内 偏 析 ， 还 会 出 现 在 慢 速 下 凝 固 时 ， 不 仅 不 产 生 晶 某 些 合 金 在 快 速 冷 却 条 件
铝及铝合金
4.2 铝合金的退火
4.2.1 铸态合金的组织特征
工业生产中，合金凝固时的冷却速度不0 100℃ ， 工业生产中，合金凝固时的冷却速度不0.1-100℃/s，凝固后铸态 组织偏离平衡组织。 组织偏离平衡组织。
铝铜合金二元相图， 铝铜合金二元相图， 合金由液体状态慢 速冷却时， 速冷却时，首先经 过液相+α相区，然 过液相 相区， 相区 后570℃左右进入α ℃左右进入 相区，直到525 ℃ 相区，直到 以下，合金组织由 以下， α 相基体和β相析出 相基体和 相析出 物组成。 物组成。
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固 4.1.3 晶内偏析
铝及铝合金
广西大学材料科学与工程学院 主讲老师： 主讲老师：许征兵
第四章
铝合金的相变
4.1 铝合金的凝固 4.2 铝合金的退火
4.3 铝合金的回复与再结晶
4.4 铝合金的固溶和时效
4.5 工业纯铝箔毛料中第二相形成、遗传 工业纯铝箔毛料中第二相形成、
和转变及工艺控制的综合分析 铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固
结晶
，晶体形
一
的
度
某些区域， 某些区域，一团原子 按晶体方式排列
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固
4.1.1 晶体的形成
晶体从液态中形核及长大的过程（均匀形核：液相自身发生形核） 晶体从液态中形核及长大的过程（均匀形核：液相自身发生形核）
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固 4.1.1 晶体的形成
晶体从液态中形核及长大的过程（非均匀形核） 晶体从液态中形核及长大的过程（非均匀形核） 实际铸造过程中， 实际铸造过程中，铸模表面以及在液体中经常存在固体不 溶性颗粒。 溶性颗粒。 均质形核是不太可能的，即使是在区域精炼的条件下， 均质形核是不太可能的，即使是在区域精炼的条件下，每 1cm3的液相中也有约 的液相中也有约106个边长为 个边长为103个原子的立方体 个边长为 个原子的立方体 的微小杂质颗粒。这种形核过程称为不均匀形核。 的微小杂质颗粒。这种形核过程称为不均匀形核。 因此在熔体中，添加细小的晶体是晶粒的一种方法。 因此在熔体中，添加细小的晶体是晶粒的一种方法。
铝Βιβλιοθήκη Baidu铝合金
4.2 铝合金的退火 4.2.3 均匀化退火温度及时间
时间 保温时间为非平衡相溶解及晶内偏析消除所需时间代数和
随着均匀化过程的进行， 随着均匀化过程的进行， 晶内浓度梯度不断减小， 晶内浓度梯度不断减小， 扩散的物质量也不断减少， 扩散的物质量也不断减少， 使均匀化过程自动减慢。 使均匀化过程自动减慢。
铝及铝合金
4.2 铝合金的退火
4.2.2 铝合金均匀化退火时的组织变化 均匀化退火后的组织变化引起性能变化
1 室温下性 能提高， 能提高， 冷热变形 工艺性能 改善。 改善。 2 降低变形 抗力， 抗力，减 少变形功 消耗提高 制备生产 效率 3 消除残余 铸锭应力 改善铸锭 的机械加 工性能。 工性能。 4 含有铁、 含有铁、锰、铬、 锆等元素的合金， 锆等元素的合金， 均匀化退火， 均匀化退火，可 能使合金的挤压 效应消失。 效应消失。
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固 4.1.1 晶体的形成
晶体形成：原子的规则排列过程。 晶体形成：原子的规则排列过程。
液体中的原子： 液体中的原子： 由于具有动能， 由于具有动能， 处于不断扰动状态
温度下降
热扰动减弱， 热扰动减弱，结合力加 比容减小。 强，比容减小。原子以 晶体状态重复排列 释 放 热 量
通常，非 通常， 平衡共晶中的 α相依附在 初 相依附在α初 相依附在 晶上， 相则以网 晶上，β相则以网 状分布在枝晶网 胞周围。 胞周围。
铝及铝合金
4.2 铝合金的退火
铸态合金的组织特征
变形铝合金一般都具有两个以上的溶质组元， 变形铝合金一般都具有两个以上的溶质组元，结晶时的情况较为复 但非平衡结晶的规律与二元合金系的一致。 杂，但非平衡结晶的规律与二元合金系的一致。
铸态的晶粒大小和形状由晶体的形核率（ ）和长大速度（ ） 铸态的晶粒大小和形状由晶体的形核率（N）和长大速度（G）所控制
晶粒细小
N/G高 高
形核率与 长大速度 的比值 N/G
N/G低 低
晶粒粗大
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固
4.1.2 铸态晶粒的大小和形状 在凝固过程中，当熔融金属被注入冷型中时， 在凝固过程中，当熔融金属被注入冷型中时，表面的金 属冷却得要快一些，在模壁上立即出现非均匀形核。 属冷却得要快一些，在模壁上立即出现非均匀形核。 长大过程中，只有那些长大速度最快、 长大过程中，只有那些长大速度最快、方向与模壁垂直 的晶粒能够幸存下来，成为晶体，这就是柱状晶。 的晶粒能够幸存下来，成为晶体，这就是柱状晶。如图 所示： 所示：
铝合金的凝固过程控制着铸件的组织和性能， 铝合金的凝固过程控制着铸件的组织和性能，并决定铝 合金材料在加工成成品前的热处理方式。 合金材料在加工成成品前的热处理方式。 凝固过程中的晶内偏析现象严重影响着铝合金的组织和 性能。 性能。
再结晶晶粒与多边化过程产生亚晶间区别
（1）再结晶形核与晶核长大 ） （2）再结晶温度 ） （3）再结晶晶粒长及二次结晶 ） （4）再结晶晶粒尺寸和不均匀化 ）
铝及铝合金
4.3 铝合金的回复与再结晶
再结晶形核与晶核长大 再结晶晶核形成的必要条件是它们能以界面移动方式吞并周围 基体，进而形成一定尺寸的新生晶粒，所以只有与周围变形体有大 基体，进而形成一定尺寸的新生晶粒， 角度界面的亚晶才能成国潜在的再结晶晶核。 角度界面的亚晶才能成国潜在的再结晶晶核。 再结晶形核的两种机制 （1）应变诱发晶界迁移机制 （2）亚晶长大形核机制
有些情况下， 有些情况下，铸件的表 层由柱状晶组成， 层由柱状晶组成，而内 部却是等轴晶。 部却是等轴晶。
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固
4.1.3 晶内偏析 含B30%的二组元合金凝固情况 B30%的二组元合金凝固情况
冷却速度慢，达到平衡。这时， 冷却速度慢，达到平衡。这时，固相和液相化学成分均和相图 所给成分相同。当冷却到T 温度时，最初形成晶体含B量为10% 所给成分相同。当冷却到T0温度时，最初形成晶体含B量为10%
铝及铝合金
4.2 铝合金的退火 4.2.3 均匀化退火温度及时间
Tm低于平衡相图上的固相 线，有时在低于平衡固相 线温度进行均匀化退火难 以达到组织均匀化的目的。 以达到组织均匀化的目的。 所以有高温均匀退火（ 所以有高温均匀退火（非 平衡固相温度以上， 平衡固相温度以上，但是 在平衡固相线温度以下的 退火工艺）。 退火工艺）。
铝及铝合金
4.2 铝合金的退火
4.2.2 铝合金均匀化退火时的组织变化
均匀化退火是为后续加工做组织准备。 均匀化退火是为后续加工做组织准备。主要组织变化是枝晶偏析消 非平衡相溶解和过饱和的过渡元素相沉淀，溶质浓度均匀化。 除、非平衡相溶解和过饱和的过渡元素相沉淀，溶质浓度均匀化。 7075合金均匀化退火 合金均匀化退火 前后同一个枝晶胞范 围内显微偏析的变化。 围内显微偏析的变化。 不溶过剩相发生聚集、 不溶过剩相发生聚集、 球化。慢冷时， 球化。慢冷时，溶质 均匀沉淀析出。 均匀沉淀析出。
铝及铝合金
4.2 铝合金的退火
4.2.3 均匀化退火温度及时间
温度
均匀化退火源于原子扩散，根据扩散第一定律得： 均匀化退火源于原子扩散，根据扩散第一定律得：
温度升高将扩散过程大大加速， 温度升高将扩散过程大大加速，均匀化过程应尽量提高均 匀化退火温度。通常退火温度为0.9~0.95Tm 匀化退火温度。通常退火温度为
铝及铝合金
4.3 铝合金的回复与再结晶
再结晶温度
开始发生再结晶的温度称为再结晶温度。 开始发生再结晶的温度称为再结晶温度 。 它在合金成分一定的 情况下与变形程度及退火时间有关。 情况下与变形程度及退火时间有关。
1、冷变形程度与再结晶温度的关系 2、退火时间与再结晶温度的关系 、 、
铝及铝合金
4.3 铝合金的回复与再结晶 4.3.2 再结晶
2AL12均匀化 均匀化 退火前30min 退火前 比后7h多得多 比后 多得多
加热速度以铸锭不产生裂纹和不发生大的变形为 原则冷却时间因合金不同而不同。 原则冷却时间因合金不同而不同。
铝及铝合金
4.3 铝合金的回复与再结晶 4.3.1 回复
在退火温度低，退火时间短时， 在退火温度低，退火时间短时，冷变形金属发生的主要过程即为回 其驱动力是冷变形储能。 复。其驱动力是冷变形储能。 冷变形储能的结构形式： 冷变形储能的结构形式：晶格畸变和各种晶格缺陷 回复过程的本质是点缺陷运动和位错运动及其重新组织，在 回复过程的本质是点缺陷运动和位错运动及其重新组织， 精细结构上表现为多边化过程，形成亚晶组织。 精细结构上表现为多边化过程，形成亚晶组织。 如果退火温度升高或退火时间延长，亚晶尺寸逐渐增大， 如果退火温度升高或退火时间延长，亚晶尺寸逐渐增大，位 错缠结逐渐消除，呈现鲜明的亚晶晶界，一定条件下， 错缠结逐渐消除，呈现鲜明的亚晶晶界，一定条件下，亚晶 可以长到约10µm。这种情况称为原位再结晶 可以长到约 。
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固
4.1.1 晶体的形成 通过测定金属温度与冷却时间之间的关系， 通过测定金属温度与冷却时间之间的关系，可以得到一条 冷却曲线，了解金属冷却过程。 冷却曲线，了解金属冷却过程。
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固 4.1.2 铸态晶粒的大小和形状
凝固过程中，铸态晶粒的控制很重要。 凝固过程中，铸态晶粒的控制很重要。
合金成分对再结晶温度 密切相关， 密切相关，在固溶体范 围内， 围内，加入少量元素通 常能急剧提高再结晶温 度。当铝中加的元素浓 度进一步提高时， 度进一步提高时，合金 中出现第二相， 中出现第二相，些时再 结晶温度变化较为复杂。 结晶温度变化较为复杂。
铝及铝合金
4.3 铝合金的回复与再结晶
4.3.2 再结晶
再结晶 在退火温度较高时， 在退火温度较高时，冷变形及铝合金显微组织发生明显 变化，新生的晶粒开始形核长大。 变化，新生的晶粒开始形核长大。
再结晶晶粒与 基体间的界面 一般为大角度 界面。 界面。
铝及铝合金
4.3 铝合金的回复与再结晶
4.3.2 再结晶
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固
4.1.3 晶内偏析
温度T 温度 2时，液相完全 凝固，固相含B30%， 凝固，固相含 ， 当温度T 当温度 1时，固相含 B20%。此时，与固相 。此时， 相平衡的液相含B不断 相平衡的液相含B不断 增加。 增加。
温度稍高于T 温度稍高于 2时，晶 体中含B稍小于 稍小于30%， 体中含 稍小于 ， 被含B70%的液体包 被含 的液体包 所以当温度到T 围。所以当温度到 2 时，必须有液体向晶 体给出B原子 原子。 体给出 原子。
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固 4.1.3 晶内偏析
长 大 中 的 枝 晶 中 晶 内 偏 析 形 成 过 程
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固 4.1.3 晶内偏析
上图（ ）中描述表明晶体是以枝晶长大起来， 上图（e）中描述表明晶体是以枝晶长大起来，快速冷却条 件下，在凝固完毕时，两相枝晶晶轴之间， 件下，在凝固完毕时，两相枝晶晶轴之间，枝间区域存在着 浓度梯度。 浓度梯度。
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固
的 拓 扑 组 织 的 图 解 说 明
4.1.3 晶内偏析 存
在 成 分 偏 析 的 合 金 浸 蚀 后 所 显 露
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固 4.1.3 晶内偏析
通过热处理晶内偏析—由于晶粒内部存在浓度梯度，会发生扩散， 通过热处理晶内偏析—由于晶粒内部存在浓度梯度，会发生扩散， 使合金整体向合金的平均化学成分趋近。 Al-50%Cu合金 合金。 使合金整体向合金的平均化学成分趋近。如Al-50%Cu合金。
快速冷却时，凝固过程。 快速冷却时，凝固过程。
冷 却 时 不 会 出 现 的 相 。 新 内 偏 析 ， 还 会 出 现 在 慢 速 下 凝 固 时 ， 不 仅 不 产 生 晶 某 些 合 金 在 快 速 冷 却 条 件
铝及铝合金
4.2 铝合金的退火
4.2.1 铸态合金的组织特征
工业生产中，合金凝固时的冷却速度不0 100℃ ， 工业生产中，合金凝固时的冷却速度不0.1-100℃/s，凝固后铸态 组织偏离平衡组织。 组织偏离平衡组织。
铝铜合金二元相图， 铝铜合金二元相图， 合金由液体状态慢 速冷却时， 速冷却时，首先经 过液相+α相区，然 过液相 相区， 相区 后570℃左右进入α ℃左右进入 相区，直到525 ℃ 相区，直到 以下，合金组织由 以下， α 相基体和β相析出 相基体和 相析出 物组成。 物组成。
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固 4.1.3 晶内偏析
铝及铝合金
广西大学材料科学与工程学院 主讲老师： 主讲老师：许征兵
第四章
铝合金的相变
4.1 铝合金的凝固 4.2 铝合金的退火
4.3 铝合金的回复与再结晶
4.4 铝合金的固溶和时效
4.5 工业纯铝箔毛料中第二相形成、遗传 工业纯铝箔毛料中第二相形成、
和转变及工艺控制的综合分析 铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固
结晶
，晶体形
一
的
度
某些区域， 某些区域，一团原子 按晶体方式排列
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固
4.1.1 晶体的形成
晶体从液态中形核及长大的过程（均匀形核：液相自身发生形核） 晶体从液态中形核及长大的过程（均匀形核：液相自身发生形核）
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固 4.1.1 晶体的形成
晶体从液态中形核及长大的过程（非均匀形核） 晶体从液态中形核及长大的过程（非均匀形核） 实际铸造过程中， 实际铸造过程中，铸模表面以及在液体中经常存在固体不 溶性颗粒。 溶性颗粒。 均质形核是不太可能的，即使是在区域精炼的条件下， 均质形核是不太可能的，即使是在区域精炼的条件下，每 1cm3的液相中也有约 的液相中也有约106个边长为 个边长为103个原子的立方体 个边长为 个原子的立方体 的微小杂质颗粒。这种形核过程称为不均匀形核。 的微小杂质颗粒。这种形核过程称为不均匀形核。 因此在熔体中，添加细小的晶体是晶粒的一种方法。 因此在熔体中，添加细小的晶体是晶粒的一种方法。
铝Βιβλιοθήκη Baidu铝合金
4.2 铝合金的退火 4.2.3 均匀化退火温度及时间
时间 保温时间为非平衡相溶解及晶内偏析消除所需时间代数和
随着均匀化过程的进行， 随着均匀化过程的进行， 晶内浓度梯度不断减小， 晶内浓度梯度不断减小， 扩散的物质量也不断减少， 扩散的物质量也不断减少， 使均匀化过程自动减慢。 使均匀化过程自动减慢。
铝及铝合金
4.2 铝合金的退火
4.2.2 铝合金均匀化退火时的组织变化 均匀化退火后的组织变化引起性能变化
1 室温下性 能提高， 能提高， 冷热变形 工艺性能 改善。 改善。 2 降低变形 抗力， 抗力，减 少变形功 消耗提高 制备生产 效率 3 消除残余 铸锭应力 改善铸锭 的机械加 工性能。 工性能。 4 含有铁、 含有铁、锰、铬、 锆等元素的合金， 锆等元素的合金， 均匀化退火， 均匀化退火，可 能使合金的挤压 效应消失。 效应消失。
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固 4.1.1 晶体的形成
晶体形成：原子的规则排列过程。 晶体形成：原子的规则排列过程。
液体中的原子： 液体中的原子： 由于具有动能， 由于具有动能， 处于不断扰动状态
温度下降
热扰动减弱， 热扰动减弱，结合力加 比容减小。 强，比容减小。原子以 晶体状态重复排列 释 放 热 量
通常，非 通常， 平衡共晶中的 α相依附在 初 相依附在α初 相依附在 晶上， 相则以网 晶上，β相则以网 状分布在枝晶网 胞周围。 胞周围。
铝及铝合金
4.2 铝合金的退火
铸态合金的组织特征
变形铝合金一般都具有两个以上的溶质组元， 变形铝合金一般都具有两个以上的溶质组元，结晶时的情况较为复 但非平衡结晶的规律与二元合金系的一致。 杂，但非平衡结晶的规律与二元合金系的一致。
铸态的晶粒大小和形状由晶体的形核率（ ）和长大速度（ ） 铸态的晶粒大小和形状由晶体的形核率（N）和长大速度（G）所控制
晶粒细小
N/G高 高
形核率与 长大速度 的比值 N/G
N/G低 低
晶粒粗大
铝及铝合金
4.1 铝合金的凝固
4.1.2 铸态晶粒的大小和形状 在凝固过程中，当熔融金属被注入冷型中时， 在凝固过程中，当熔融金属被注入冷型中时，表面的金 属冷却得要快一些，在模壁上立即出现非均匀形核。 属冷却得要快一些，在模壁上立即出现非均匀形核。 长大过程中，只有那些长大速度最快、 长大过程中，只有那些长大速度最快、方向与模壁垂直 的晶粒能够幸存下来，成为晶体，这就是柱状晶。 的晶粒能够幸存下来，成为晶体，这就是柱状晶。如图 所示： 所示：