合金的脫溶沉淀與時效

　　在固溶度隨溫度降低而減小的合金系中，當合金元素含量超過一定限度后，漳火可獲得過他和固溶體。過飽和固溶體大多數是亞穩定的，在室溫放置或加熱到一定溫度下保持一定時間，將發生某種程度的分解，析出第二相或形成溶質原子聚集區以及亞穩定過渡相，這一過程稱為脫溶或沉淀。脫溶過程使得溶質原子在固溶體點陣中的一定區域內析出、聚集并形成新相，將引起合金組織性能的變化，稱為時效。一般情況下，在析出過程中，合金的硬度或強度會逐漸增高，這種現象稱為時效硬化或時效強化，也可以稱為沉淀硬化或沉淀強化。能夠發生時效現象的合金稱為時效型合金或簡稱時效合金。成為這種合金的基本條件：一是形成有限固溶體；二是其固溶度隨著溫度的降低而減小。

　　時效強化或時效硬化具有很大的實際意義，在實際生產中應用固溶與時效的工藝有很多，例如：有色金屬的固溶與時效，低碳鋼的時效，馬氏體沉淀硬化不銹鋼的固溶處理與時效，以及摔火鋼的回火。另外需要指出，在工程技術中，時效這個術語是用得非常廣泛的，它泛指材料在經過一定的時間后，其性能、外形、尺寸等發生變化的一切現象。

　　根據合金析出機理的不同，可以把析出分為兩類：一類是形核長大型；另一類是調幅分解型。形核長大型析出又可以分為兩類：析出物的晶體結構與母相相同，而成分不同；析出物和母相在晶體結構和成分上均不相同。

　　合金的時效過程

　　假設有A、B兩種組元，B在A中的固溶度是有限的，且隨溫度降低而減小，如圖8-1a所示，MN為固溶度曲線。成分為c。的合金在固溶度曲線以上，合金形成單相a固溶體，若緩慢冷卻到固溶線以下，將由a相析出β相。β相中的B組元含量高于合金中的平均值，由于β相的析出，a相的B組元含量將沿固溶度曲線逐漸降低，結果得到平衡狀態的“a+β”雙相組織。如果把成分為c。的合金加熱到固溶度曲線以上某一溫度（低于固相線的溫度，如T),保溫一定時間，使β相充分溶解，然后進行快冷，以抑制β相的平衡析出過程，使合金在室溫下獲得成分為c。的過飽和固溶體，這種處理稱為固溶處理。固溶處理的目的是獲得過飽和的固溶體，為時效處理做好準備。

　　過飽和固溶體在熱力學上是不穩定的，有自發析出溶質元素的趨勢。若將經固溶處理的合金在室溫下放置一段時間，或將它加熱到一定溫度，溶質原子會在固溶體點陣中的一定區域內聚集或形成第二相。析出過程如采用室溫下放置的方式，稱為自然時效或室溫時效；如采用加熱到一定溫度的方式，則稱為人工時效

　　過飽和固溶體的脫溶驅動力是化學自由能差，其脫溶過程是通過原子擴散進行的。隨著時效溫度的升高，原子活動能力增強，擴散速度增加，脫溶過程加快；與此同時，溫度升高時固溶體過飽和度減小，自由能差減小，臨界形核功增大，臨界晶核尺寸增大，從而又使脫溶速度減慢。因此，與鋼的過冷奧氏體向貝氏體轉變一樣，合金等溫析出的動力學曲線也呈字母C形。