固溶热处理

固溶热处理 - 正文

将合金加热到适当温度，保持足够长的时间，使一种或几种相(一般为金属间化合物)溶入固溶体中，然后快速冷却到室温的金属热处理操作，简称固溶处理。经过固溶热处理的合金，其组织可以是过饱和固溶体或通常只存在于高温的一种固溶体相，因此在热力学上处于亚稳态，在适当的温度或应力条件下会发生脱溶或其他转变。

有些书刊中，常常把固溶热处理看作是含义更广泛的“淬火”的一种形式，这是因为固溶热处理工艺采取快速冷却的操作。在一般情况下，固溶热处理是一种预先热处理，它的作用是为合金随后的热处理准备最佳条件。因此，不同合金的固溶热处理，尽管在操作上基本相同，但是其目的却可以有很大的差异。下面用三个典型实例对此加以说明。

①铝铜二元系中，铜在铝中的固溶度随温度有显著的变化（图1），548℃时为5.65％，而在250℃时则仅为0.1～0.2％。含4％铜的铝铜二元合金在退火状态下的组织为铝基α固溶体和比较粗大的θ(CuAl2)相颗粒，此合金经过固溶处理,即加热到α单相区内，保持足够长的时间，使θ相溶解，得到基本上是均匀的固溶体，然后快冷，可以在室温得到过饱和的α固溶体。经过在室温放置一段时间后，由于过饱和固溶体脱溶分解，合金的硬度和强度明显提高，这一过程又称自然时效。许多能够产生沉淀硬化的工业铝合金（如 Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg-Cu等合金系的合金），其最终热处理都要先进行固溶处理，然后根据合金的特性及使用要求，再进行自然时效、人工时效或更复杂的处理（如分级时效等）。

②含 1.2％碳、13％锰的Mn13高锰钢（即Hadfield钢）经过固溶处理，即加热到1050～1100℃，保持足够长的时间,使碳化物M3C溶入奥氏体（图2）,然后淬入水中,可以在室温得到单相奥氏体组织,其硬度值很低（约为HB200），但是具有很高的加工硬化能力以及优良的耐磨性和韧性。应用这种钢制造的铁路道岔，其磨损面经使用过程中的加工硬化，硬度值可增加到HB495～535。

③含0.07％碳、17％铬、7％镍、1.15％铝的17-7PH沉淀硬化不锈钢，经过固溶处理,即加热到1065℃,保持数分钟，然后在空气中冷却，可以在室温得到单相奥氏体组织，具有良好的塑性和成形性。随后进行调整处理及深冷处理，即加热到955℃，保持10分钟,在空气中冷却到室温，再冷却到-73℃，保持8小时，使奥氏体转变为马氏体，最后在510℃进行时效处理1小时，使金属间化合物NiAl析出,产生沉淀硬化。与固溶处理后相比,屈服强度由275兆帕（1兆帕≈10.2千克力/厘米2）提高到1520兆帕，抗拉强度由900兆帕提高到1620兆帕,伸长率由35％降低到6％（见金属的强化）。