氧化铝在1808年在实验室利用电解还原为铝材，从此金属世界开启了新纪元。铝材加入各种金属元素而成的铝合金开始逐渐应用于生活、军事、科技方面，对人类生活产生深远的影响。
图 氧化铝还原铝（Halvor Kvande1）
铝合金多为铸造而成，铸造铝合金在凝固过程中常会出现偏析现象，所谓“不患寡而患不均”，成分不均匀就是最天然的缺陷，可在铸锭内部形成很大的内应力。
快速冷却时，一些非稳定的中间相比如低熔点共晶组织和化合物，造成铸态组织愈发不均匀，使合金热塑性降低，加工性能变差。因此采取措施消除铸锭组织与成分不均匀现象是必要的。
当然，自然界的所有存在均为合理，即使这种非均匀的亚稳定，亦有自动向平衡状态转化的趋势。
但是若将其加热至一定温度，提高原子的扩散能力，就可较快完成由非平衡向平衡状态的转化过程。这种热处理工艺称为均匀化退火。
均匀化退火又称扩散退火。在略低于固相线温度长期保温的处理方法。减轻或消除钢锭、铸件、钢坯化学成分及显微组织偏析使其均匀化。
铝合金的均匀化热处理工艺可大致分为以下几种：单级均匀化退火、双级均匀化退火以及高温均匀化退火。
图 均匀化前后对比图（来源于网络）
单级均匀化退火：将铸态合金加热到某一温度（非平衡固相线以下）保温较长时间冷却，这是一种常规的热处理工艺，在工业中广泛应用，如5000系合金组织经465℃×35h均匀化退火的中残留相可基本消除。
双级均匀化退火：此方法适用于第二相较为丰富的铝合金，有研究发现，进行双级均匀化热处理的合金，对中间相溶解更充分，其综合性能高于单级均匀化处理的同种合金，如在600℃×12h+450℃×6h的最佳双级均匀化工艺方案下，3104铝合金力学性能能获得极大改善，这是单级均匀化退火所达不到的。
高温均匀化退火：将铸态合金加热到非平衡固相线以上温度进行退火，或者先将铸锭在非平衡固相线以下温度保温一段时间后，再在非平衡线与平衡固相线之间加热。
此工艺于上世纪五十年代主要针对通过长时间均匀化保温也难以达到满意的效果复杂合金提出的。
均匀化退火的目的是为后续的加工变形做组织准备。铝合金经过均匀化退火后非平衡相溶解、枝晶偏析消除、残余相溶解沉淀，溶质浓度趋向均匀。
均匀化退火后合金组织更均匀，内应力降低，室温下合金塑性提高，冷、热变形工艺性能得到改善。
同时，均匀化退火降低变形抗力，提高生产效率，改善合金的机械加工性能。所以，均匀化退火是铝合金加工中不可少的入门环节。
我们一开始也谈到了铝合金加工中不可少的入门环节，均匀化退火。材料作为一门基础学科呢，一边是工艺应用，一边是微观机理，就像一边是火焰，一边是海水，一边炽热而接地气，一边浩瀚而缥缈。
人总是要生活，经验中得来的生活灵感，也要用形而上的方式去升华智慧。
铝合金均匀化退火原理是铝基体中合金化元素原子的热扩散运动，通过升高温度降低合金偏析和成分不均匀现象，达到均匀组织的目的。根据扩散第一定律，温度升高将使扩散过程大大加速。
因此，为了加速整个均匀化过程，应当尽可能的提高均匀化温度。均匀化温度通常为0.9-0.95Tm，Tm表示铸锭实际开始熔化温度，低于平衡相图上的固相线温度。
在某些情况下，采用非平衡固相线以下温度进行均匀化热处理，难以达到组织均匀的目的，即使能达到，也需要很长时间保温。所以高温均匀化退火工艺研究就开展起来，在非平衡固相线温度以上的均匀化退火工艺。
图轧制AA5052铝合均匀化退火组织:(a)Rolled;(b)220°C,4 h;(c)250°C,4 h;(d)300°C,4 h;(e)350°C,4 h;(f)380°C,4 h（Bo Wang2）
铝合金铸锭高温均匀化退火时，非平衡共晶在开始阶段熔化，但在长时间保温后，液相会消失，溶质原子进入固溶体中。2A12及7A04等合金在实验室条件下进行过高温均匀化，均可达到良好效果。
保温时间基本上取决于非平衡相溶解及晶内偏析消除所需的时间，研究发现，非平衡相完全溶解的时间与铝合金固溶体成分充分均匀化的时间差不多。
在均匀化热处理过程中，晶内的溶质浓度梯度为不断减小的趋势，因此扩散的物质量也会不断的减少，从而使均匀化有减缓的趋势。
均匀化退火时间的过分延长不仅没有显著效果，反而还会降低炉子的生产能力，增加热能消耗，这也是经济学中的边缘效应。
此外，加热速度及冷却速度也尤为重要。加热速度的大小因以铸锭不产生裂纹和不发生大变形为准则；冷却速度值得注意，冷却速度过慢会析出粗大的第二相，而冷速太快则易产生淬火效应，使得加工时形成带状组织。
进行均匀化时，加热温度的上限不能超过合金中低熔点共晶的熔化温度，若高于此温度，则铸锭组织中的低熔点共晶体将被熔化而出现过烧现象。
均匀化温度的下限不能选得太低，因为原子的扩散速度是随加热温度的升高而强烈增加的。而且，金属必须加热到某一定温度以上，其原子扩散激活能才开始显著提高。
对于含有多种非平衡相的复杂成份铸锭，可尝试采用多级温度均匀化处理，依次消除非平衡相达到优化的效果，这也就是多级均匀化退火的原因。
自然的一起都是运动的，变化的，静置的加热中也是运动的扩散，理解微观，工艺才是科学，而非仅为经验。
参考文献：
1.Halvor Kvande.Occurrence and Production of Aluminum.Chapter(PDF Available).DOI:10.1002/9781119951438.eibc2350.In book:
Encyclopedia of Inorganic and Bioinorganic Chemistry.
2.Bo Wang,Xianhua Chen,Yong Fang.Chongqing University.Effectsof cold rolling and heat treatment on microstructure and mechanical propertiesof AA 5052 aluminum alloy.Published on Aug 1,2015in Transactionsof Nonferrous Metals Society of China.
3.George Vander Voort.Metallography and Microstructure of Aluminum and Alloys.https://vacaero.com/information-resources/metallography-with-george-vander-voort/1217-metallography-and-microstructure-of-aluminum-and-alloys.html.(封面图片)
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