一、均勻化時(shí)在合金中發(fā)生的過程

    鋁合金鑄錠均勻化時(shí)，建立了發(fā)生均勻化擴(kuò)散的條件，使鋁鑄錠中發(fā)生三個(gè)相輔相成的過程。
1．溶解過程
    在溫度作用下，主要由銅、鎂、鋅、硅等具有較大擴(kuò)散系數(shù)(見表2一l0—1)的元素組成的不平衡共晶和可溶金屬間化合物溶解，使化學(xué)成分及固溶體性能沿整個(gè)晶粒體積變得均勻，消除或減輕了晶內(nèi)偏析帶來的有害作用(見圖2—10—2、圖2—10—3)。

表2—10—1鋁中各有關(guān)合金元素的擴(kuò)散系數(shù)

     由于原子遷移率和鋁中合金化元素的溶解度隨溫度升高而增大，所以，均勻化溫度愈高，則均勻化效果愈好。均勻化開始階段，合金中的擴(kuò)散過程進(jìn)行得特別強(qiáng)烈，效果最大(見圖2—10—4)。

    過剩相溶解或者聚集的結(jié)果，以及晶粒成分變得均勻，使得樹枝狀結(jié)構(gòu)消失，晶界急劇縮短，因而，界面擴(kuò)散作用降低。由此可以認(rèn)為，延長均勻化時(shí)間超過某一最合適的時(shí)間，不僅沒有大的效果，甚至可能惡化合金組織，引起過剩相夾雜物變粗。顯而易見，鑄錠枝晶網(wǎng)格愈小，也就是說，鑄錠鑄造時(shí)結(jié)晶速度愈高，則均勻化效果愈大。
2．球化過程
    在多組元工業(yè)鋁合金鑄錠中，除了由于晶內(nèi)偏析而形成的并且在均勻化時(shí)可轉(zhuǎn)入固溶體中的不平衡共晶和金屬間化合物外，還可能存在一些在均勻化時(shí)不轉(zhuǎn)入固溶體中的金屬化合物相或者復(fù)雜平衡共晶。
    為了消除或減輕這種類型過剩相的有害影響，均勻化制度的選擇應(yīng)使骨絡(luò)狀分枝結(jié)構(gòu)的夾雜物轉(zhuǎn)變成致密的組織。要達(dá)到這個(gè)目的，只有在足夠高的均勻化溫度下才有可能。比如，對(duì)于像5A06型的合金，為了使枝杈形的鎂、硅化合物達(dá)到明顯的聚集，應(yīng)在480～500℃時(shí)進(jìn)行高溫均勻化處理(這個(gè)合金的平衡固相線溫度為540℃，而不平衡固相線溫度只有451℃)。
3．析出過程
    在許多鋁合金中，為了提高強(qiáng)度性能指標(biāo)而添加了少量的難溶元素，如錳、鉻、鈦、鋯、釩等。這些元素的溶解度很小，但是，在鋁合金鑄錠以足夠高的結(jié)晶速度凝固時(shí)，這些元素能以極大的過飽和度(與二元合金平衡狀態(tài)圖相比較)形成鋁的固溶體(見表2—10—2)。

表2—10—2合金元素在不同的冷卻條件下在鋁中的溶解度

    這些鋁合金鑄錠的均勻化，將促使基本合金元素向固溶體中極大的轉(zhuǎn)移，同時(shí)導(dǎo)致難溶元素以二次金屬間化合物的形式從固溶體中析出。當(dāng)在比較低的溫度(如460～490℃)均勻化時(shí)，固溶體的分解，主要使得具有最大過飽和的區(qū)域析出金屬化合物，從而促使固溶體中的難溶元素含量在整個(gè)晶粒體積內(nèi)變得均勻。但在更高的溫度(如500～530℃)均勻化時(shí)，難溶元素從固溶體中析出的過程可能加速到導(dǎo)致固溶體中的難溶組元貧化的程度，以致用這種鑄錠所制造的半成品的力學(xué)性能低于要求的水平。這種情況限制了以球化過程為目的的提高均勻化溫度的可能性。由于這個(gè)原因，應(yīng)該避免毫無根據(jù)的在均勻化時(shí)長時(shí)間的均熱。
    應(yīng)該指出，除了上述三個(gè)主要過程外，對(duì)于某些合金還可能發(fā)生相轉(zhuǎn)變過程。比如，6063合金鑄錠，當(dāng)把均勻化溫度提高到555℃以上時(shí)(在有少量錳存在的情況下)，就會(huì)發(fā)生由β(AlFeSi)向α(A1FeSi)轉(zhuǎn)變的過程。

二、與均勻化后鋁鑄錠冷卻速度相聯(lián)系的過程

1．緩慢冷卻過程
    均勻化后鑄錠慢冷時(shí)，鋁與銅、鎂、鋅、硅的固溶體的分解來得及進(jìn)行，合金具有較高的塑性，并可能在較小的單位壓力和較高速度的條件下進(jìn)行變形。但是，均勻化后鑄錠慢冷時(shí)析出的粗大的強(qiáng)化相可能降低厚的半制品性能，特別是相對(duì)伸長率的大小。因?yàn)樵趬毫ψ冃螘r(shí)，這些粗大相被拉長，而后在淬火加熱時(shí)，它們部分溶解，變成薄片狀，使材料變?nèi)酢?

2．快速冷卻過程
    在超過固溶體中基本合金組元轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度均勻化后，鑄錠快速冷卻時(shí)，發(fā)生合金的淬火。從而，獲得更加均勻和強(qiáng)固的鑄錠。這導(dǎo)致兩個(gè)結(jié)果，①組織更加均勻，再結(jié)晶溫度提高，生產(chǎn)的半制品具有更高的力學(xué)性能。②要求更高的變形力，有可能使生產(chǎn)率降低。在下面的情況下，則要求特別大的變形力。即當(dāng)可熱處理強(qiáng)化鋁合金鑄錠在均勻化后進(jìn)行快冷，也就是淬火，這些合金鑄錠均勻化后熱變形之前，在感應(yīng)爐中經(jīng)受短時(shí)加熱，如果變形溫度在300～350℃之間，毛料加熱時(shí)間為20～30 min，那末，處于淬火態(tài)的合金的時(shí)效過程來得及進(jìn)行，因此使強(qiáng)度大大提高。而這也就意味著變形抗力的大大提高。圖2—10一5、圖2—10—6、圖2—10—7是生產(chǎn)條件下6XXX系合金鑄錠均勻化后不同冷卻速度對(duì)合金擠壓力和生產(chǎn)能力的影響。圖2—10—8是6063鋁合金鑄錠均勻化處理后的冷卻速度與鑄錠中Mg₂Si析出物的最大尺寸及擠壓鋁型材的T5強(qiáng)度(屈服強(qiáng)度)之間的關(guān)系。