AlMnSiX合金的再结晶行为研究

靳丹萍+刘欢欢+赵杰

摘要：对AlMnSiX合金进行不同温度和不同时间的退火，采用金相显微镜（OM）、扫描电子显微（SEM）和电导率仪对不同状态的合金组织进行观察、能谱（EDS）分析和电导率测试，研究AlMnSiX合金的再结晶行为.结果表明：随着退火温度的升高，再结晶晶粒尺寸越来越小.AlMnSiX合金的再结晶晶粒大小主要受再结晶形核数量的影响，再结晶后期的晶粒长大现象不明显.AlMnSiX合金存在着大量细小弥散的AlMnSi/AlMnSiFe析出相，这些析出相强烈抑制了再结晶形核和再结晶后期的晶粒长大.当退火温度低时，形核激活能较大，形核率低，再结晶晶粒粗大；当退火温度高时，形核激活能较小，形核率增加，再结晶晶粒细小.

关键词：AlMnSiX合金； 再结晶； 退火； 析出相

中图分类号： TM 911.4 文献标志码： A

Study on Recrystallization Behavior of Al-Mn-Si-X Alloy

JIN Danping， LIU Huanhuan， ZHAO Jie

（Suzhou Guohuan Environment Detection Co.， Ltd.， Suzhou 215011， China）

Abstract：In this paper，the recrystallization behavior of Al-Mn-Si-X alloy was investigated，such as microstructure，EDS composition and electrical conductivity，which were characterized respectively by metallographic microscopy（OM），scanning electron microscope（SEM） and electrical conductivity equipment after annealing at different temperature and time.It is found that the size of recrystallization grains will become smaller and smaller with the temperature increase gradually.The size of the recrystallization grains of Al-Mn-Si-X alloy is mainly affected by the number of recrystallization nucleation.After that，fully recrystallized the size of grains remains constant.We also found that a large amount of fine and dispersed AlMnSi/AlMnSiFe precipitates existing in the Al-Mn-Si-X alloy can strongly inhibit both recrystallization nucleation and grain growth in the later complete recrystallization.At low annealing temperature，recrystallization had low nucleation rate and coarse grains due to it requires relatively high activation energy of nucleation.On the other hand，the high annealing temperature can attain higher nucleation rate and fine recrystallization grains due to the lower activation energy.

Keywords：Al-Mn-Si-X alloy； recrystallization； annealing； precipitates

AlMn系鋁合金属于热处理不可强化的变形铝合金，因其具有高的质强比、良好的加工成型性、优异的焊接性和抗腐蚀性等特点，在航空航天、汽车和能源等领域中的应用非常广泛[1].在AlMn系合金的加工成型中，为了消除加工硬化的影响，退火处理成为关键的工艺环节.在退火处理过程中，再结晶是主要的软化机制，对材料的力学性能、抗腐蚀性能和成形性能有着重要的影响[2-4].因此，本文对AlMnSiX合金在不同退火温度下的再结晶行为进行研究.

1 试验材料和方法

试验材料为AlMnSiX合金，其化学成分如表1所示.为试验室熔炼的5 kg铸锭，切头去尾铣面后，在480 ℃保温5 h，随后热轧到5 mm厚，再进行多道次冷轧，每道次压下量约为40%，冷轧至1 mm厚，分别在350，450和550 ℃退火0.5 h和20 h.退火后的试样经砂纸打磨、机械抛光后，采用配比为氟硼酸（5 mL）+水（95 mL）的溶液进行覆膜.

采用Axio Imager A2金相显微镜（OM）、JSM6480扫

描电子显微镜SEM）和SEM配备的能谱仪（EDS）以及电导率仪，对不同状态的AlMnSiX合金进行微观组织观察、EDS分析和电导率分析，研究不同退火处理条件下AlMnSiX合金的再结晶行为.

2 结果和讨论

图1为冷轧态试验合金组织的金相（OM）照片.由图1可知，经过冷轧后，材料的晶粒组织在变形中被轧碎，呈纤维状.

圖2为试验合金在不同温度和不同保温时间下的再结晶组织的OM照片.从图2中可以看出，在不同温度退火后，合金发生了明显的再结晶，并且随着退火温度的升高，再结晶晶粒越来越小.同时，合金在350，450和550 ℃保温0.5 h后，均发生了再结晶，随后保温时间延长到20 h，其再结晶晶粒尺寸并未发生明显变化.

表2为试验合金在不同温度下退火时的电导率测试结果.从图2中可以看出，随着退火温度的升高及退火时间的延长，合金的电导率并无明显的变化.一般来说，第二相的析出和溶解会导致电导率的显著变化[5].结合表2中电导率的测试结果可以推知，在退火过程中没有发生可测量的析出现象.

图3和表3分别为试验合金冷轧态组织的SEM照片和EDS分析结果.由图3可知，合金的冷轧态组织中存在大量的第二相，这些第二相的尺寸大都<0.5 μm.由表3可知，这些第二相是AlMnSi/AlMnSiFe弥散相[6-7]，这些弥散相由于尺寸较小，具有强烈的Zener钉扎效应，严重阻碍界面的迁移[8].

再结晶过程一般分为3个阶段：（1） 再结晶晶粒的形核；（2） 再结晶晶核吞噬变形区域，进而长大，此阶段至变形组织消失而结束；（3） 再结晶晶粒之间的相互吞噬长大，即晶粒长大阶段[5].

在AlMnX合金中，关于析出相和再结晶形核阶段的关系已经有了一些比较深入的研究[9-15]，这些研究认为，在低温退火时，析出先于再结晶发生，这些析出相阻碍了后续发生的再结晶过程，导致再结晶形核率低，再结晶晶粒粗大；在高温退火时，再结晶先于析出发生，所以再结晶形核率高，再结晶晶粒细小.由此可见，预先存在的析出相会显著影响再结晶的形核阶段，从而使再结晶晶粒粗大.由图3可知，在未退火前，材料中就已经析出了大量的弥散相.结合表2的结果可知，这些弥散相在退火过程中一直保持不变，并未发生重新析出或者溶解.所以在本试验中，不论退火温度高低，再结晶形核都会受到弥散相的阻碍.退火0.5 h后，高温退火时的再结晶晶粒比低温退火时更为细小，主要是因为当退火温度低时，形核激活能较大，导致形核率低，再结晶晶粒粗大；当退火温度高时，形核激活能较小，形核率增加，再结晶晶粒细小.保温20 h后，再结晶晶粒未见明显长大，这表明弥散相不仅影响了再结晶的形核，同时也阻碍了再结晶后期的晶粒长大.同时，再结晶晶粒呈明显拉长状，并没有形成等轴状，这是由于第二相沿轧向分布，阻碍了再结晶晶粒向两侧的生长，而优先沿轧向生长.

3 结 论

（1） 随着退火温度的升高，再结晶晶粒越来越小.

（2） 在同一退火温度下，随着退火时间的延长，再结晶晶粒的长大现象不明显.

（3） 细小的弥散相阻碍再结晶形核和再结晶后期的晶粒长大.

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