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固溶处理    (solution heat treatment)
将合金加热到适当温度,保温足够长的时间,使可溶相溶入固溶体基体中,然后快速冷却至室温的金属热处理工艺。在中国大多数书刊中,往往将固溶处理看作是含义更广泛的“淬火”的一种形式,这是因为固溶处理工艺采用快速冷却操作。但也有文献将固溶处理的含义限于加热和保温两个阶段,而将随后的快速冷却单独称为“淬火”。
应用       对于大多数有色金属合金而言,固溶处理的目的是获得过饱和固溶体,为随后的时效处理作组织准备。图示为具有溶解度变化的典型的二元相图示意图。n点成分的C1,合金的室温平衡组织为α+β两相,α为基体固溶体,β为第二相。将C1合金加热至Tq。并保温足够时间后,β相将溶解于基体而得到单相α固溶体。如果合金从Tq温度快速冷却至室温,由于合金元素原子的扩散和重新分配来不及进行, β相不可能形核和长大,α相中就不可能析出β相,这时合金的室温组织为n点成分的α单相过饱和固溶体(室温下α相的平衡成分为b点成分)。这种过饱和固溶体在热力学上是亚稳定的,在适当的温度下,过饱和固溶体会发生脱溶析出,从而使合金强化。固溶处理后的组织不一定都是单相过饱和固溶体。如图中的C2合金,在低于共晶温度的任何温度下都含有β相。加热至Tq时合金C2的组织为m点成分的α相和β相。若自Tq淬火,其室温组织除过饱和的α相外还有部分β相。

(图)固溶处理固溶处理


固溶处理也适用于某些合金钢。例如含1.2%C和13%Mn的M13高锰钢就需要进行固溶处理。将其加热至1050~1100℃,保温足够长时间,使碳化物M3C溶入奥氏体中,然后快速冷却(水淬),可以在室温下得到单相奥氏体组织。单相奥氏体组织的高锰钢硬度并不高,但当它受到剧烈冲击或较大压力时,其表层将迅速硬化,从而形成高耐磨的表层,而心部仍具有良好的冲击韧性。基于这种特性,M13高锰钢成为广泛应用的耐磨钢。又如18—8型镍铬不锈钢(1Cr-18Ni9、2Cr18Ni9等),其主要热处理形式就是固溶处理。将其加热到1050~1150℃保温,然后水淬。室温下得到单相奥氏体组织,使材料具有最好的耐蚀性,并且塑性高、成形性好。
影响因素       加热温度、保温时间和冷却速度是固溶处理应当控制的几个主要参数。加热温度原则上可根据相应的相图来确定。上限温度通常接近于固相线温度或共晶温度。在这样高的温度下合金具有最大的固溶度且扩散速度快。但温度不能过高,否则将导致低熔点共晶和晶界相熔化,即产生过烧现象,引起淬火开裂并降低韧性。最低加热温度应高于固溶度曲线(图示中的ab线),否则时效后性能达不到要求。不同的合金,允许的加热温度范围可能相差很大。某些铜合金和合金钢的加热温度范围较宽,而大部分铝合金的淬火加热温度范围则很窄,有的甚至只有±5℃。保温的目的是使合金组织充分转变到淬火所需状态。保温时间主要取决于合金成分、材料的预先处理和原始组织以及加热温度等,同时也与装炉量、工件厚度、加热方式等因素有关。原始组织细、加热温度高、装炉量少、工件断面尺寸小,保温时间就较短。固溶处理中一般采用快速冷却。快冷的目的是抑制冷却过程中第二相的析出,保证获得溶质原子和空位的最大过饱和度,以便时效后获得最高的强度和最好的耐蚀性。水是广泛应用的有效的淬火介质,水中淬火所能达到的冷却速度能够满足大多数铝、镁、铜、镍和铁基合金制品的要求。但是,水中淬火易使制件产生大的残余应力和变形。为克服这一缺点,可将水温适当升高,或在油、空气和某些特殊的有机介质中淬火。也可采用一些特殊的淬火方法,如等温淬火、分级淬火等。


 

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