固溶处理

晶体的特征(1)具有整齐规则的几何外形(2)具有固定的熔点(3)有各向异性质点（分子、原子或离子）在空间有规则地排列成的，具有整齐的外形，以多面体出现的固体物质叫晶体。晶体：晶体结构NaCl晶体的晶格Na+Cl－晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。晶格就是多个晶胞并置，晶体就是由无数的晶胞组成的。NaCl晶体的晶胞金属晶体金属晶体的晶格结点上排列着金属原子或金属阳离子，在结点的间隙中有许多从金属原子上“脱落下来”的自由电子，整个晶体靠共用一些自由电子结合起来，所以质点间的作用力是很强的金属键力。金属键——由许多原子或离子共用一些能够不停地运动的自由电子而形成的特殊形式的共价键，叫金属键。自由电子+金属离子金属原子+++++++++++++++++++++•合金(alloy)----两种或两种以上的金属或金属与非金属经冶炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。组元----组成合金的基本单元。组元可以是金属和非金属,也可以是化合物相(phase)----合金中具有同一聚集状态,同一化学成分、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。合金相结构相分类:固溶体和中间相(金属间化合物)中间相是合金组元间发生相互作用而形成的一种新相,它可以是化合物,也可以是以化合物为基的固溶体(二次固溶体),一般可以用化学分子式来表示,但不一定符合化合价规律。中间相中原子的结合方式为金属键与其它结合键相混合的方式。它们都具有金属特性。钢中Fe3C、铝铜合金中CuAl、黄铜中CuZn、半导体中GaAs、形状记忆合金中NiTi和CuZn、核反应堆材料中Zr3Al、储氢能源材料中LaNi5等都是属于中间相（金属间化合物）。中间相分类：正常价化合物、电子化合物、原子尺寸有关化的化合物(间隙相、间隙化合物、TCP相)。正常价化合物（valencecompound）是一些金属与电负性较强的Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ族的一些元素按照化学上的原子价规律所形成的化合物。其特点是符合化合物规律。具有严格的化合比、成分固定不变，成分可用化学式表示,一般为AB型、AB2型或A2B型。正常价化合物的晶体结构通常对应于同类分子式的离子化合物结构。例如:A2B型Mg2PbMg2SnMg2GeMg2SiAB型MgSMnSFeSNaCl型：Mg(Ca,SrBa)SeAB2：AuAl2.电子价化合物（electroncompound）是由ⅠB族（Cu、Au、Ag）或过渡族金属（Fe、Co、Ni）与ⅡB、ⅢB、ⅣB族元素形成的金属化合物。电子价化合物的特点是不遵循原子价规律、电子浓度是决定其晶体结构的主要因素。电子浓度相同,相的晶体结构类型相同。固溶体是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。1.4.1固溶体一、固溶体分类(1)按溶质原子在点阵中所占位置分为：置换固溶体(substitutionalsolidsolution)：溶质原子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。金属和金属形成的固溶体都是置换式的。如，Cu-Zn系中的α和η固溶体都是置换式固溶体。在金属氧化物中，主要发生在金属离子位置上的置换，如：MgO-CaO，MgO-CoO，PbZrO3-PbTiO3，Al2O3-Cr2O3等。间隙固溶体(interstitialsolidsolution)：溶质原子分布于溶剂晶格间隙中。金属和非金属元素H、B、C、N等形成的固溶体都是间隙式的。如，在Fe-C系的α固溶体中，碳原子就位于铁原子的BCC点阵的八面体间隙中。固溶体的两种类型（置换和间隙）点阵畸变间隙固溶体间隙溶质引起与置换固溶体大小溶质原子引起的点阵畸变与的点阵畸变晶格畸变能：点阵畸变使晶体能量升高，这种升高的能量即为晶格畸变能。23)(8ABABrrrGr'在局部范围，原子偏离其正常的点阵平衡位置，造成点阵畸变。在金属材料中，点阵畸变会使得晶体能量升高，阻碍位错的运动，产生材料的强化，韧性降低。固溶强化：融入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。这种通过融入某种溶质元素来形成固溶体而使金属强化的现象称为固溶强化。在溶质原子浓度适当时，可提高材料的强度和硬度，而其韧性和塑性却有所下降。固溶强化的程度主要取决于两个因素：1.原始原子和添加原子之间的尺寸差别。尺寸差别越大，原始晶体结构受到的干扰就越大，位错滑移就越困难。2.合金元素的量。加入的合金元素越多，强化效果越大。如果加入过多太大或太小的原子，就会超过溶解度。这就涉及到另一种强化机制，分散相强化。效果1.屈服强度、拉伸强度和硬度都要强于纯金属2.绝大部分情况下，延展性低于纯金属3.导电性比纯金属低很多4.抗蠕变，或者在高温下的强度损失，通过固溶强化可以得到改善固溶处理（solutiontreatment）：指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。时效处理：时效处理可分为自然时效和人工时效两种。自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，便其缓缓地发生形变，从而使残余应力消除或减少；人工时效是将铸件加热到550～650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底。固溶热处理的目的主要是为了获得单相奥氏体组织。一般高锰钢、奥氏体不锈钢等，在加热到高温后，都可得到单一的奥氏体组织，通过急速冷却后，碳化物及第二相组织来不及析出，就可得到单相奥氏体组织。所以，高温单相区就是指全部转换为奥氏体的区域铁碳相图α相是铁素体相，γ相为奥氏体相，δ相为高温相。三种相的晶格结构不同，α相和δ相为体心立方，γ相为面心立方固溶处理目的1.主要是改善钢和合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理作好准备等。沉淀硬化（析出强化）指金属在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区和（或）由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化的一种热处理工艺。如奥氏体沉淀不锈钢在固溶处理后或经冷加工后，在400～500℃或700～800℃进行沉淀硬化处理，可获得很高的强度。即某些合金的过饱和固溶体在室温下放置或者将它加热到一定温度，溶质原子会在固溶点阵的一定区域内聚集或组成第二相，从而导致合金的硬度升高的现象。2.使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并提高韧性及抗蚀性能，3.消除应力与软化，以便继续加工或成型。碳在奥氏体不锈钢中的溶解度与温度有很大影响。奥氏体不锈钢在经400℃～850℃的温度范围内时，会有高铬碳化物析出，当铬含量降至耐腐蚀性界限之下，此时存在晶界贫铬，会产生晶间腐蚀，严重时能变成粉末。所以有晶间腐蚀倾向的奥氏体不锈钢应进行固溶热处理或稳定化处理。固溶热处理：将奥氏体不锈钢加热到1100℃左右，使碳化物相全部或基本溶解，碳固溶于奥氏体中，然后快速冷却至室温，使碳达到过饱和状态。这种热处理方法为固溶热处理。固溶热处理中的快速冷却似乎象普通钢的淬火，但此时的‘淬火’与普通钢的淬火是不同的，前者是软化处理，后者是淬硬。后者为获得不同的硬度所采取的加热温度也不一样，但没到1100℃。