變形鋁合金熱處理的退火包括：鑄錠的均勻化退火、坯料退火、中間退火和成品退火。鑄錠均勻化退火在熔鑄的篇章中進行了講述。坯料退火是指壓力加工過程中第一次冷變形前的退火。對于鋁擠壓企業來說，都是熱擠壓后的冷加工，因此不存在坯料退火。所以本節只討論中間退火和成品退火。

一、冷變形金屬加熱時的組織與性能的變化

    金屬經過冷變形后，自由能增加，晶格發生畸變，晶格的各種缺陷如點缺陷、位錯、亞晶界等增加。金屬的性能出現加工硬化，即抗拉強度、硬度、電阻增加，而伸長率和韌性下降。
    由于冷變形金屬自由能增加，處于一種不穩定狀態，總有一種向冷變形前的穩定狀態轉化的趨勢。但尚不足以使它自發地向穩定狀態轉變，需要給予熱能的補充。當冷變形金屬加熱后，促使原子擴散、位錯運動，通過回復 (又稱恢復)、再結晶和晶粒長大(包括聚集再結晶)，這三個階段而又有交疊的過程，使金屬的組織和性能又恢復到冷變形前的狀態，如圖3—5—14所示。

圖3—5—14冷變形金屬加熱時組織和性能的變化
Ａ一再結晶開始溫度；B一再結晶終了溫度

1．回復
    回復過程的實質是點缺陷運動和位錯運動及其重新組合，在精細結構上表現為多邊化過程，形成亞晶組織。
    回復是在較低溫度下進行，退火溫度越高，性  能的恢復越快；退火溫度越低，性能的恢復越慢。一般開始時進行得較快，隨后逐漸減慢。主要是以晶格畸變所引起的內應力和電阻的恢復，性能的恢復較慢。在回復過程中，由于金屬在變形時內部的變化不均，有變形量大的地方，回復過程中需要的熱能供給量少，首先進行回復。因此，對同一塊金屬而言，回復不是同時發生的，而是有先有后，甚至有的地方尚未回復，而有的地方已開始再結晶了。
    回復不能使金屬的冷變形儲能完全釋放，因此不能完全消除加工硬化效應。只有通過再結晶過程才能完全消除金屬的加工硬化效應。
2．再結晶
    冷變形鋁及鋁合金加熱從某一溫度開始，顯微組織發生明顯變化，加工硬化完全消除，形成了新晶粒的顯微組織，這種現象稱為再結晶。
    冷變形金屬加熱到再結晶溫度以上，使其發生再結晶的熱處理過程稱為再結晶退火。生產中采用再結晶退火主要是為了消除產品冷變形所產生的加工硬化和提高產品的塑性。
    1)再結晶溫度
    再結晶與液體結晶及同素異構轉變不同，它沒有一個固定的結晶溫度，而是在加熱過程中自某一個溫度開始隨溫度升高或時間的延長而進行成核及長大的過程，它是在一個溫度區間內完成的。可以開始再結晶的最低溫度稱為再結晶溫度(又稱再結晶開始溫度)如圖3—5—14中A點的溫度。再結晶過程進行完了的溫度稱為再結晶終了溫度，如圖3—5—14中B點的溫度。表3—5—9為部分擠壓合金的再結晶溫度。
    2)影響再結晶溫度的因素
    每種合金的再結晶溫度不是一個固定不變的溫度，它與變形程度、原始晶粒度、合金成分、退火溫度和保溫時間等因素有關。

表3—5—9部分擠壓鋁合金的再結晶溫度表 

    (1)變形程度的影響
    冷變形程度是影響再結晶溫度的重要因素。金屬的冷變形量越大，金屬的自由能增加就越多，有更大的推動力促使金屬進行再結晶，因此其再結晶的溫度就會越低。同時，隨變形程度的增加，完成再結晶過程也越快，因而所需的時間就越短。
    變形程度很小時，再結晶不易發生，即使發生其孕育期很長。當變形程度達到一定程度時才會產生再結晶。這個能夠引起再結晶的最小變形程度，稱為臨界變形程度(或稱臨界變形度)，它的再結晶完成后，形成的晶粒最為粗大。在變形鋁合金中一般臨界變形度為3%～15%，因此這種變形度引起的再結晶晶粒會特別粗大。
    (2)原始晶粒度的影響
    在相同條件下，當原始晶粒細小時，變形后其內部儲存能較多，有利于再結晶的形核與長大，再結晶進行的就順利，因而可以在較低的溫度下進行，即可以降低再結晶溫度。
    (3)合金成分的影響
    在固溶體范圍內，加人少量元素通常能急劇提高再結晶溫度。金屬越純，少量元素的作用越明顯。元素濃度繼續增加，再結晶溫度的增量逐漸減少，并在達到一定濃度后基本不再改變，有時甚至降低。當元素的濃度進一步提高，合金中有第二相出現時，再結晶溫度的變化較為復雜，再結晶溫度的影響與第二相質點的數量和彌散度有關。如第二相質點的數量較少且彌散度不大時，在第二相質點周圍形成位錯塞積，易使再結晶發生，因而可能降低再結晶溫度。
    (4)加熱速度與保溫時間的影響
    當冷變形金屬快速加熱到退火溫度時，由于回復過程來不及發生，容易產生再結晶核心而進行再結晶，即再結晶溫度相應降低，同時可以獲得細晶粒組織。
    加熱保溫時間越短，則再結晶越要在較高的溫度下才能發生，相反加熱保溫時間長，再結晶可以在較低的溫度下發生。
    (5)退火溫度的影響
    由于再結晶過程是一個熱激活過程，提高退火溫度使形核率和長大速率增加，因而能加快再結晶過程的進行。
3．晶粒長大
    冷變形金屬在加熱保溫過程中完成了再結晶后，如果繼續延長保溫時間或提高加熱溫度。再結晶得到的均勻、細小的等軸晶粒，將會長大形成粗大的晶粒，這個過程稱為聚集再結晶。它使金屬的力學性能變壞。
    一般晶粒長大有兩種形式。一種是均勻地逐漸長大，形成大小相近的粗大晶粒，這種長大過程叫一次長大。另一種是非均勻長大，大小晶粒相差很大，有的晶粒特別粗大，這種長大過程常稱為二次長大。晶粒長大過程從熱力學條件來分析，是一種自發的變化趨勢。因為在一定體積的金屬中，晶粒越粗，其總的晶界表面積就越小，則總表面能越低。因而晶粒的粗化可以減少表面能，使金屬或合金處于表面能較低的穩定狀態，在繼續加熱過程中正好提供了補充能量的機會。促使細晶粒向粗晶粒轉化。
    晶粒的長大過程是晶粒互相吞并的結果。晶粒越小，晶界的曲率越大，其表面能越大，因而一個彎曲的晶界有向曲率中心移動而使其變得平直的趨向，這一過程稱為晶界的平直化。一般小晶粒的晶界多呈凸形，而大晶粒晶界多呈凹形，晶界移動的結果，往往都是小晶粒被大晶粒吞并。

二、中間退火

    中間退火是指兩次冷加工之間的退火。通過一次加工后，為消除加工硬化，以便進一步進行冷加工而必須進行一次退火。鋁合金擠壓材如擠壓的管毛料、線毛料(小棒材)、需經多次拉伸或軋制才能變為成品，其間就必須進行中間退火。
    中間退火應該注意的是必須是再結晶退火，對于熱處理可強化的鋁合金應控制冷卻速度，通常采用爐中以不大于30℃/h的速度緩慢冷卻到270℃以下再出爐冷卻，防止高溫出爐造成空氣淬火，降低其塑性。對于熱處理不可強化的鋁合金，退火結束后可以直接在空氣中冷卻。中間退火制度見表3—5—10。

表3—5—10鋁合金中間退火制度表 

三、成品退火

    成品退火是根據產品技術條件要求，保證材料具備一定的組織和性能的最終熱處理。成品退火分為高溫退火(生產軟制品)和低溫退火(生產不同狀態的半硬制品)。
    高溫退火是以“0”為標志的熱處理狀態，保證材料為完全再結晶組織和良好的塑性。對于熱處理可強化的變形鋁合金，要使強化相充分沉淀形成穩定的第二相，防止淬火效應和隨后的自然時效。在保證鋁合金制品獲得良好的組織和性能的條件下，退火溫度不宜太高，保溫時間不宜過長。應注意控制好退火后的冷卻速度。熱處理不可強化的變形鋁合金可以出爐后在空氣中冷卻。對于熱處理可強化的變形鋁合金，退火保溫結束后應以不大于30℃/h的速度在爐中冷卻到270℃以下，隨后出爐在室溫中冷卻。
    低溫退火多用于純鋁和熱處理不可強化的鋁合金。主要目的是消除內應力和部分軟化制品。低溫退火由于不是完全軟化，要保持一定的加工硬化，因而制定低溫退火工藝比較復雜。必須先制定出退火溫度和力學性能的變化曲線，然后再根據技術條件要求的性能，確定出退火溫度范圍。鋁合金擠壓的型、棒材一般不采用低溫退火。冷軋的板材、管材的半硬制品多采用低溫退火。高溫退火制度見表3—5—11。

表3—5—11鋁合金成品退火制度表 

    日本變形鋁合金的熱處理工藝及室溫典型的力學性能見表3—5—12。
    表3—5—13為美國變形鋁合金典型熱處理規范。表3—5—14為美國變形鋁及鋁合金典型退火規范。

表3—5—12  日本變形鋁合金熱處理工藝及室溫力學性能表 

 
    表3—5—13  美國變形合金典型熱處理規范表 

 
    表3—5—14  美國變形鋁及鋁合金典型退火規范表