固溶处理与时效

9.1.1　固溶处理与时效

有色金属合金主要的热处理工艺是进行固溶处理和时效，其原理是过饱和固溶体的脱溶转变。具有这种转变的最基本条件是，合金在平衡状态图上有固溶度的变化，并且固溶度随温度而减少，如图9-1所示。如果将C₂成分和合金自单相α固溶体状态缓慢冷却到固溶度线（MN）以下温度（如T₃）保温时，β相将从α相固溶体中脱溶析出，α相的成分将沿固溶度线变化为平衡浓度C₁，这种转变可表示为：α（C₂）→α（C₁）＋β。β为平衡相，可以是端际固溶体，也可以是中间相，反应产物为（α＋β）双相组织。将这种双相组织加热到固溶度线以上某一温度（如T₃）保温足够时间，将获得均匀的单相固溶体α相，这种处理称为固溶处理。

图9-1　固溶处理与时效处理的工艺过程示意图

若将经过固溶处理后的C₂成分合金急冷、抑制α相分解，则在室温下获得亚稳的过饱和α相固溶体。这种过饱和固溶体在室温或较高温度下等温保持时，也将发生脱溶，但脱溶相往往不是状态图中的平衡相，而是亚稳相或溶质原子聚集区。脱溶后合金的机械性能、物理性能和化学性能等均随之发生变化，这种现象称为时效。室温下产生的时效称为自然时效，高于室温的时效称为人工时效。

时效提高材料的强度和硬度的现象称为时效强化，是强化合金的重要途径之一。时效强化的原因目前一般应用位错理论解释。合金时效产物在两方面对位错产生影响：其一是新相质点本身的性能和结构与基体不同；其二是质点周围产生了应力场。沿滑移面运动的位错与析出相质点相遇时，就需要克服应力场和相结构本身的阻力，因而使位错运动发生困难。另外，位错通过物理性质与基体不同的析出相区时，它本身的弹性应力场也要改变，所以位错运动也要受到影响。其他缺陷，如在析出过程中形成的空位和螺旋位错，也能阻碍位错运动。