合金的脱溶沉淀与时效

　　在固溶度随温度降低而减小的合金系中，当合金元素含量超过一定限度后，漳火可获得过他和固溶体。过饱和固溶体大多数是亚稳定的，在室温放置或加热到一定温度下保持一定时间，将发生某种程度的分解，析出第二相或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相，这一过程称为脱溶或沉淀。脱溶过程使得溶质原子在固溶体点阵中的一定区域内析出、聚集并形成新相，将引起合金组织性能的变化，称为时效。一般情况下，在析出过程中，合金的硬度或强度会逐渐增高，这种现象称为时效硬化或时效强化，也可以称为沉淀硬化或沉淀强化。能够发生时效现象的合金称为时效型合金或简称时效合金。成为这种合金的基本条件：一是形成有限固溶体；二是其固溶度随着温度的降低而减小。

　　时效强化或时效硬化具有很大的实际意义，在实际生产中应用固溶与时效的工艺有很多，例如：有色金属的固溶与时效，低碳钢的时效，马氏体沉淀硬化不锈钢的固溶处理与时效，以及摔火钢的回火。另外需要指出，在工程技术中，时效这个术语是用得非常广泛的，它泛指材料在经过一定的时间后，其性能、外形、尺寸等发生变化的一切现象。

　　根据合金析出机理的不同，可以把析出分为两类：一类是形核长大型；另一类是调幅分解型。形核长大型析出又可以分为两类：析出物的晶体结构与母相相同，而成分不同；析出物和母相在晶体结构和成分上均不相同。

　　合金的时效过程

　　假设有A、B两种组元，B在A中的固溶度是有限的，且随温度降低而减小，如图8-1a所示，MN为固溶度曲线。成分为c。的合金在固溶度曲线以上，合金形成单相a固溶体，若缓慢冷却到固溶线以下，将由a相析出β相。β相中的B组元含量高于合金中的平均值，由于β相的析出，a相的B组元含量将沿固溶度曲线逐渐降低，结果得到平衡状态的“a+β”双相组织。如果把成分为c。的合金加热到固溶度曲线以上某一温度（低于固相线的温度，如T),保温一定时间，使β相充分溶解，然后进行快冷，以抑制β相的平衡析出过程，使合金在室温下获得成分为c。的过饱和固溶体，这种处理称为固溶处理。固溶处理的目的是获得过饱和的固溶体，为时效处理做好准备。

　　过饱和固溶体在热力学上是不稳定的，有自发析出溶质元素的趋势。若将经固溶处理的合金在室温下放置一段时间，或将它加热到一定温度，溶质原子会在固溶体点阵中的一定区域内聚集或形成第二相。析出过程如采用室温下放置的方式，称为自然时效或室温时效；如采用加热到一定温度的方式，则称为人工时效

　　过饱和固溶体的脱溶驱动力是化学自由能差，其脱溶过程是通过原子扩散进行的。随着时效温度的升高，原子活动能力增强，扩散速度增加，脱溶过程加快；与此同时，温度升高时固溶体过饱和度减小，自由能差减小，临界形核功增大，临界晶核尺寸增大，从而又使脱溶速度减慢。因此，与钢的过冷奥氏体向贝氏体转变一样，合金等温析出的动力学曲线也呈字母C形。