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回复 再结晶 晶粒长大
组 内 度 织 应 粒 变 力 晶 化 性
能 强度 塑性 变 化
加热温度
图９－２ 加工硬化金属在加热时组织及性能的变化
2.1 回复阶段
回复是退火过程的第一阶段，当加热温度不高时，也就是说加热温度低于变形金属开始发生再结晶的温度时，由于原子活动能力不大，只能作短距离的扩散运动，此时只能消除晶格的歪扭和畸变，但不能形成新的再结晶晶粒。当用光学显微镜观察时，看不到金属的内部组织有任何变化。
此时，金属的强度和硬度稍有降低，塑性略有提高，但是，在回复过程 中，金属的某些物理性能却有明显的变化，如金属的电阻和内应力发生了明显的下降。这个阶段基本上还保持着冷作硬化状态金属的主要特征。
2.2 再结晶阶段
凡是在变形金属或合金的基体上，经过退火加热而形成了由新的晶粒所构成的显微组织叫做再结晶，又称为一次再结晶或加工再结晶。
冷变形金属的再结晶是个成核和长大过程，新晶粒晶核的晶格畸变比周围的金属小，是自由能低的稳定结构。所以它能逐渐吞并自由能高的基体而长大／晶粒长大的动力是加工变形引起的应变能的降低。因此又称加工再结晶，某些再结晶晶粒吞并周围邻接的晶粒而长大的过程叫做聚集再结晶，它的动力与加工再结晶不同，不是应变，而是晶粒的表面能降低。
必须指出，再结晶过程并未形成的等轴晶粒在晶格类型与原来晶粒是相同的，只不过是消除了各种塑性变形造成的一些晶体缺陷。
再结晶与液体结晶及同素异构转变不同，它没有一个固定的结晶温度，而是在加热过程中自某一个温度开始，随着温度的升高或时间的延长而进行成核及长大的过程，通常以再结晶开始温度作为再结晶温度。
2.3 晶粒长大
冷变形金属在再结晶之后，一般都可以得到细而均匀的等轴晶粒，如果加热温度很高，或者加热时间过长，再结晶后的晶粒开始聚集它通过表面能小的大晶粒吞并表面能大的小晶粒，这种晶粒长大的过程，称为聚集再结晶。从热力学条件来看，晶粒的粗化可以减少表面能。使金属或合金处于较稳定的、自由能较低的状态，因此，晶粒长大是一种自发过程，但是需要原子不较强的扩散能力。以完成晶粒长大时晶界的迁移运动。而在高温加热下，使其具备了这一条件，晶界的移动与其曲率有关，晶界的曲率越大则其表面积也越大。因此，一个弯曲的晶界有向其曲率中心移动而使其变得平直的趋势，小晶粒的晶界一般具有凸面，而
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大晶粒的晶界为凹面，因此，晶界移动的结果是小晶粒易为相邻的大结晶粒所吞并。
在过高的温度中加热，晶界发生氧化，或晶粒的平均尺寸接近铝箔厚度时，晶粒停止长大，甚至退火温度再提高，晶粒也不再长大。聚集再结晶的后期，晶粒均匀发育到平衡状态后，即不再长大，各个晶粒比较均匀。
２．４冷变形金属退火时的性能变化
金属退火时的性能变化与冷变形引起的变化恰好相反，强度指标降低，塑性指标增加，物理和化学性能向变形前的状态转变。
退火温度低于再结晶温度时，强度的降低和塑性的提高很少，甚至不发生明显变化，因为在回复过程中金属的晶格畸变和微观应力只能消除一部分，对加工硬化起主要作用的晶格畸变部分（第三类应力）在再结晶开始以前变化很小，或者几乎不发生变化。因此，机械性能在回复阶段的回复程度是很少的，在再结晶阶段，变形晶粒完全为无畸变的新晶粒代替，使金属组织被拉长的晶粒所形成的纤维组织转变成为由等轴的再结晶晶粒所组成的再结晶组织，金属加工硬化现象消除，金属的强度和硬度急剧下降，塑性明显上升。
退火温度超过一定温度t１后，聚集再结晶有些过度，晶粒长得特别粗大，塑性开始缓慢降低，这种现象叫做“过热”。退火温度特别高，接近金属熔点（超过Ｔ２）时，强度和塑性同时开始急剧降低，引起了“过烧”现象，晶粒晶界发生了严重的氧化，或者晶间杂质发生了局部熔化造成的。在生产中，一定要防止这种现象的发生。
电阻在退火过程中的变化比较复杂，对铝来说，在再结晶开始前的恢复过程中，电阻就能恢复到原状，但在再结晶温度以上退火，电阻随着退火温度升高而增大，这种现象还没有完全弄清，可能与沉淀在晶间界上的杂质膜对导电率的影响有关。
退火后冷变形金属的化学活性降低，抗腐蚀性得到了相应的提高。 冷变形金属再结晶，新晶粒也能产生择优取向，一般叫“再结晶织构”。织构的存在，就会出现各向异性，适当地调整主要化学组成和杂质。采用特殊加入物，选择加工工艺和退火制度，可以根据需要生产出没有织构的各向同性产品，或有完整织构的强烈各向异性的产品。
2.5 再结晶概念
冷变形金属加热至较高温度时，将形成一些位向与变形晶粒不同，内部缺陷较少的等轴小晶粒，这些小晶粒不向周围的变形金属中扩展长大，直到金属的冷变形组织完全消失为止，这一过程称为金属的再结晶。再结晶后，冷变形金属的强度硬度显著下降，塑性与韧性大大提高，内应力完全消除，加工硬化状态消除。金属又重新复原到了冷变形之前的状态。
冷变形金属的再结晶过程，一般是通过形核和长大的方式完成的。 2.5.1 再结晶温度
我们讲的再结晶温度通常是指再结晶的开始温度，即在一定的变形程度和保温时间的条件下，金属及合金开始发生再结晶的最低温度，也就是开始形成再结晶新晶粒的温度，有时又称此温度为再结晶开始的温度。把再结晶过程进行完了的温度，即金属由变形组织全部转变为再结晶组织的温度，称为再结晶终了温度。
2.5.2 影响再结晶温度的主要因素有：变形程度、金属纯度、退火温度、加热速度和保温时间等。
（１） 变形度
变形度对再结晶温度有明显影响，随着变形度增加，再结晶温度逐渐降低，最后达到某一定的稳定值，因为金属晶格的畸变和自由能随冷变形的增大而增加，变形度高，新晶粒能在比较低的温度中生产，如果变形程度很小，再结晶晶核较少，孕育期又很长，退火后将形成粗大的晶粒，在变形减少到临界变形度时，即达到能够进行再结晶的最低变形度，则在再结晶完成后，形成的晶粒最为粗大。
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（２） 金属纯度
高纯度金属中加入微量杂质，即能明显提高再结晶温度，对纯铝来说，过渡元素锰、铁、铬等的加入能明显提高其再结晶温度。
（３） 退火温度
再结晶过程本身是一个热激活过程，稍微提高退火温度，就能加速再结晶过程的进行。 （４） 退火加热速度的保温时间 快速加热时，由于冷变形所引起的晶格歪扭和内应力来不及进行恢复，因而可在较低的温度下发生再结晶。 当冷变形程度一定时，保温时间愈长，再结晶温度就愈低。
（５）原始晶粒度
当其它条件相同时，原始晶粒愈细小，变形后其内部状态愈复杂，贮存能量也愈多，从而有利于再结晶的形核及长大过程，再结晶过程进行的就愈快。
第十章 箔材成品退火
箔材轧制到成品厚度后所进行的最后一次退火称为成品退火。成品退火的目的是为了得到具有符合标准和满足用户要求的光洁度的软制品及各种状态制品的组织和性能，成品退火时，必须严格控制退火工艺，以保证材料的机械性能、除油效果、表面质量等达到技术条件的要求，按照机械性能要求的不同成品退火又分为完全再结晶退火和不完全再结晶两种。
第一节 退火种类的划分
１．完全再结晶退火
对于要求软状态供货的产品，需进行完全再结晶退火，退火温度要求在再结晶温度以上，保温时间要充分的长，铝箔成品退火一般在带有强制循环空气的电阻炉内加热。
２．不完全再结晶退火
不完全再结晶退火包括消除应力退火和部分软化退火两种。主要用于纯铝及不可热处理强化铝合金等各种状态的生产。
消除内应力退火时，金属的组织不发生变化，仍保持着加工变形组织，只消除了铝材内部的残余应力。部分软化退火时，则使金属的组织发生部分变化，除了存在着加工变形组织外，还存在着一定量的再结晶组织，根据对制品软硬程度要求的不同，可采取不同温度和时间的退火制度，制订合理的不完全再结晶退火制度时，先必须测出退火温度与机械性能之间的变化曲线，再根据技术条件规定的性能指标定出退火温度和保温时间。
※第二节 实际退火制度的选择
所谓退火制度，即退火工艺参数，指的是退火过程中的加热速度，加热温度，保温时间、冷却速度等，
在生产条件下，铝箔退火制度是根据退火炉的结构和生产能力、装炉量的大小和卷材在炉内的放置方法以及对铝箔的要求来确定的。
１．加热速度
所谓加热速度一般是指单位时间内所升高的温度,在退火工艺参数中,加热速度似乎是个不足轻重的参数,但不能很好的根据不同情况选择合适的加热速度,对产品的质量、炉子的利用率、及生产周期都有可能带来不良影响。
确定加热速度所要考虑的因素如下： （１） 炉量
装炉量越大，即炉料越多，则若要保持各部分温度均匀，使产品的性能均匀一致，就需要较长的均热时间，因而加热速度应相应的慢一些，反之，若装炉量少时，加热速度可适当
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提高。
（２） 工件大小和形状 工件体积越大，形状越复杂，导热性能越差，则加热速度就应相应的慢一些，这是因为，体积大，导热性不好的工件，若其加热速度太快，有可能造成工件心部与表面温度差别太大，由于热涨冷缩的原因，使得工件心部与表面的体积变化有很大差异，因而会产生很大的热应力，从而造成工件变形及开裂等不良后果。
（３）晶粒度
快速加热易于得到细小均匀的再结晶组织，３Ａ２１合金制品在退火过程中极易出现晶粒不均匀现象，（局部位置晶粒十分粗大），其原因同铸锭组织中锰偏析有直接关系。晶粒四周和晶内锰浓度的差异，扩大了再结晶温度区间，降低了生核率，从而容易产生粗晶，防止这种现象的措施之一，就是快速加热。３Ａ２１合金退火时，晶粒组织对加热速度是敏感的。快速加热可缩小再结晶区间。使间界和晶内同时生核，因而容易获得细小均匀的晶粒组织。
（４）缓慢的加热速度有利于防止铝箔粘连。 （５）生产效率
从生产效率来考虑，加热速度应越快越好，在实际生产中，退火过程中的加热时间约占整个退火周期的三分之一左右。因此，加热速度对退火生产效率的影响是不可忽视的，但提高加热速度应在兼顾上述几个因素的基础上进行
（６）炉子结构
有鼓风机（如轴流式风机）时，由于传热速度快，加热速度可相应提高。 ２． 退火的加热温度和保温时间
加热温度和保温时间是影响退火质量的主要工艺参数。合理的选择加热温度和保温时间，可以获得好的产品质量，高的生产效率，消耗少的能源。
在一定的条件下，提高加热温度与延长保温时间对退火质量的影响是等效的。加热温度高时，保温时间可相应缩短，加热温度低时，加热时间可相应延长，选择加热温度与保温时间的考虑的因素如下：
（１）产品质量的要求
衡量铝箔质量好坏的主要因素是：几何尺寸、表面质量、机械性能和内部组织等，其中，表面质量、机械性能及内部组织与成品退火的加热温度和保温时间都有很大关系。
衡量箔材表面质量最关键的因素之一就是其表面是否光亮，有没有油斑和油痕。从去除箔材表面残留轧制油的角度来看，加热温度越高，保温时间越长，则去油性能越好。如果退火温度过低，保温时间过短，箔材表面将留下润滑油挥发燃烧不尽所留下来的轻重不等的油斑、油痕。但从内部组织与机械性能方面来考虑，温度过高，时间过长，有可能造成内部晶粒过大，机械性能下降，从而不能满足内部组织及机械性能的要求。
对于要求硬状态供货的箔材，不进行成品退火处理，对于要求软状态供货的产品，需进行完全再结晶退火，退火温度要求在再结晶温度以上，保温时间要充分的长。对于其它不同中间状态的产品，要根据不同要求，选择不同加热温度与保温时间。
加热温度与保温时间可以互相根据需要在一定范围内进行调节。对同一合金来说，加热温度越高，保温时间就要越短，否则（对再结晶退火）将进入聚集再结晶阶段，使晶粒长大，加热温度越低，保温时间就应越长。否则再结晶过程进行不充分，达不到退火的目的。高温短时间的保温对细化金属晶粒和获得均匀的组织有极其良好的影响。这样退火有可能使金属得到较高的塑性。但这种规则对于箔材不适用，因为要从缠的很紧的箔材卷上除去轧制润滑剂的残余物，至少要把保温时间延长到１０小时以上。
此外，可能的最低退火温度及长的热处理时间有利于防止箔材在退火后的粘连。 （２）金属的变形程度
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退火前金属的变形程度是影响退火制度的重要因素。已经确定，金属冷作硬化和程度越大，则再结晶温度越低，保温时间也要相应缩短。
图９－３为铝的变形程度与再结晶开始和终了温度的关系曲线。该曲线所表示的铝的纯度为99.57%。
再结晶终了 温 度 ℃ 再结晶开始 ＡＬ（99.57%）
变形率（％）
图９－３ 纯铝变形程度与再结晶温度之间的关系
从该图上可以看出，纯铝变形程度高于５８％时，其再结晶温度范围为250℃－300℃。 （３）炉子结构
在装有辅助设备（如轴流式风机）使空气强制流动的炉内退火时，将比在相同结构但没有空气强制流动的炉内的退火时间要短。这一方面是由于炉温易于均匀，升温速度快。同时流动炉气也有利于残留润滑剂的迅速挥发。
（４）料卷的大小和装炉量 料卷的尺寸越大，宽度越宽，则退火时箔卷内层与层之间的残留润滑油所需的蒸发时间越长，因而就要相应延长保温时间，反之，则可以在较短的退火时间里达到退火的目的。可相应缩短保温时间。装炉量增加，可相应延长退火时间或是提高退火温度。
（５）生产效率
就退火周期来考虑，应尽量提高加热温度，以缩短保温时间，从而提高生产效率。但这必须在能够满足所要求退火质量的前提下，否则将失去意义。
３．退火的冷却速度
选择退火的冷却速度所要考虑的因素如下: （１）工件的大小和形状
工件越大，形状越复杂，则冷却速度应越慢。否则会由于工件表面与心部冷却速度差别太大而造成较大的热应力。使箔材表面受损以及引起其它的缺陷。从而影响产品质量。
（２）合金类型
对于不能热处理强化的合金，冷却速度的大小对于性能没有多大影响。对于在加热和冷却过程中有溶解和析出相变，因而有热处理强化效果的合金进行再结晶退火时，冷却速度关系很大。这类合金在加热及保温过程中，强化相将溶入固容体。并在冷却时自固溶体中析出，若冷速很慢，强化相能从固溶体中充分析出，并长大为颗粒状，这时，合金的强度、硬度降低，塑性提高；若冷却速度快，则获得过饱和固溶体；冷却稍慢，但不够慢，则强化相只能呈弥散状态析出，来不及聚集粗化。此时，合金的强度、硬度仍然很高，特别是热处理强化效果的合金更是如此，故对热处理强化效果大的合金进行再结晶软化退火时，必须以很慢的速度进行冷却。（例如：超硬铝软化退火时须以每小时３０℃的速度冷却到１５０－２００℃，才能在空气中冷却）。
（３）生产周期
退火的冷却时间在整个退火周期中也占有很大的比例。因此，适当加快冷却速度可减少整个的退火周期。从而有利于提高生产效率。但要在能够满足退火质量的前提下进行快速冷