本研究針對商用3003鋁合金力學性能偏低的難題，系統(tǒng)深入地探討了不同均質(zhì)化溫度對其凝固行為、微觀組織演變及最終力學性能的影響機制。通過綜合運用熱力學模擬（Scheil模型）、掃描電鏡（SEM）、電子背散射衍射（EBSD）、透射電鏡（TEM）等多種分析手段，并結(jié)合詳細的力學性能測試，揭示了微觀組織與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。

核心研究發(fā)現(xiàn)：

凝固行為與Mn元素的主導作用：

3003鋁合金的非平衡凝固過程由Mn元素嚴格控制。凝固初期，固相中Mn質(zhì)量分數(shù)約為0.94%；當固相分數(shù)達到約50%時，Mn含量達到峰值（約1.20%），此時熔體中開始析出粗大的漢字狀或塊狀共晶α-AlMnFeSi相；至凝固末期，由于Mn元素持續(xù)向液相中排出并被α-AlMnFeSi相消耗，固相中Mn含量急劇下降至約0.33%。

這導致鑄態(tài)組織中形成的Mn元素分布：從晶粒芯部到晶界，Mn含量呈現(xiàn)“先升高后降低"的趨勢，在枝晶間粗大第二相周圍形成平均寬度約2.5 μm的溶質(zhì)貧化區(qū)。而Cu、Si、Fe元素則隨凝固進行在固相中持續(xù)富集。

均質(zhì)化溫度對微觀組織的顯著影響：

析出相特征：均質(zhì)化處理能促使納米級α-AlMnFeSi彌散相從Al基體中析出。在較低溫度（555 ± 5°C, LT） 下處理時，析出相尺寸更細?。ㄆ骄刃е睆郊s150 nm）、體積分數(shù)更高（約9.2%）、分布更密集。而在較高溫度（600 ± 5°C, HT） 下處理時，析出相發(fā)生明顯粗化（平均等效直徑約310 nm）和溶解，體積分數(shù)大幅降低（約1.2%）。

無析出帶（PFZ）：均質(zhì)化后在晶界附近會形成無析出帶。LT試樣的PFZ寬度較窄（2.5–2.8 μm），與鑄態(tài)溶質(zhì)貧化區(qū)寬度接近；而HT試樣的PFZ顯著增寬至6.6–7.2 μm。這源于高溫下Mn原子擴散速率加快，導致晶界附近析出相溶解和溶質(zhì)原子向晶界遷移。

晶體學關(guān)系：HRTEM分析表明，納米級α-AlMnFeSi析出相與Al基體呈共格關(guān)系，并滿足特定的晶體學取向關(guān)系：Al // α, Al // α, Al // α。其生長慣習面為Al。

組織差異對再結(jié)晶行為的影響：

由于LT試樣中高體積分數(shù)的細小析出相對晶界遷移產(chǎn)生強烈的Zener釘扎效應，其在后續(xù)450°C退火過程中的再結(jié)晶阻力更大，最終晶粒粗大（平均約130 μm）且呈拉長狀。

HT試樣中析出相釘扎作用弱，再結(jié)晶充分進行，退火后獲得更細?。ㄆ骄s43 μm）、更等軸化的再結(jié)晶晶粒。

力學性能的全面提升：

在所有狀態(tài)（熱軋態(tài)、退火態(tài)、不同變形量的加工硬化態(tài)）下，LT試樣的屈服強度和抗拉強度均顯著高于HT試樣。

特別是在退火態(tài)，LT試樣的屈服強度（89 ± 3 MPa）比HT試樣（68 ± 2 MPa）高出約21 MPa；經(jīng)13%室溫拉伸變形后，LT試樣的屈服強度（161 ± 2 MPa）仍比HT試樣（143 ± 1 MPa）高出18 MPa。

通過強化機制定量計算表明，性能差異的主要來源是析出強化。LT試樣中高密度、細小的析出相提供了約29 MPa的強度增量，遠高于HT試樣的約6 MPa，貢獻了約23 MPa的強度差。位錯強化和晶界強化的貢獻差異相對較小。

結(jié)論與意義：

本研究明確表明，采用（555 ± 5）°C的較低溫度進行均質(zhì)化處理，是優(yōu)化3003鋁合金綜合性能的更優(yōu)工藝。該工藝能有效抑制析出相在高溫下的粗化和溶解，獲得高體積分數(shù)的納米級強化相，從而顯著提升合金在各種狀態(tài)下的強度。這一發(fā)現(xiàn)為通過調(diào)控熱處理工藝而非改變合金成分（避免損害焊接性和塑性）來開發(fā)高性能非熱處理強化鋁合金提供了重要的理論依據(jù)和切實可行的技術(shù)途徑。