固溶處理

固溶處理是為了溶解基體內碳化物、γ’相等以得到均勻的過飽和固溶體，便於時效時重新析出顆粒細小、分佈均勻的碳化物和γ’等強化相，同時消除由於冷熱加工產生的應力，使合金發生再結晶。其次，固溶處理是為了獲得適宜的晶粒度，以保證合金高温抗蠕變性能。固溶處理的温度範圍大約在980~1250℃之間，主要根據各個合金中相析出和溶解規律及使用要求來選擇，以保證主要強化相必要的析出條件和一定的晶粒度。對於長期高温使用的合金，要求有較好的高温持久和蠕變性能，應選擇較高的固溶温度以獲得較大的晶粒度；對於中温使用並要求較好的室温硬度、屈服強度、拉伸強度、衝擊韌性和疲勞強度的合金，可採用較低的固溶温度，保證較小的晶粒度。高温固溶處理時，各種析出相都逐步溶解，同時晶粒長大；低温固溶處理時，不僅有主要強化相的溶解，而且可能有某些相的析出。對於過飽和度低的合金，通常選擇較快的冷卻速度；對於過飽和度高的合金，通常為空氣中冷卻。

對於大多數有色金屬合金而言，固溶處理的目的是獲得過飽和固溶體，為隨後的時效處理作組織準備。圖1所示為具有溶解度變化的典型的二元相圖示意圖。n點成分的C₁合金的室温平衡組織為α+β兩相，α為基體固溶體，β為第二相。將C₁合金加熱至Tq並保温足夠時間後，β相將溶解於基體而得到單相α固溶體。如果合金從Tq温度快速冷卻至室温，由於合金元素原子的擴散和重新分配來不及進行，β相不可能形核和長大，α相中就不可能析出β相，這時合金的室温組織為n點成分的α單相過飽和固溶體（室温下α相的平衡成分為b點成分）。這種過飽和固溶體在熱力學上是亞穩定的，在適當的温度下，過飽和固溶體會發生脱溶析出，從而使合金強化。固溶處理後的組織不一定都是單相過飽和固溶體。如圖中的C₂合金，在低於共晶温度的任何温度下都含有β相。加熱至Tq時合金C₂的組織為m點成分的α相和β相。若自Tq淬火，其室温組織除過飽和的α相外還有部分β相。

固溶處理也適用於某些合金鋼。例如含1.2%C和13%Mn的M13高錳鋼就需要進行固溶處理。將其加熱至1050～1100℃，保温足夠長時間，使碳化物M₃C溶入奧氏體中，然後快速冷卻（水淬），可以在室温下得到單相奧氏體組織。單相奧氏體組織的高錳鋼硬度並不高，但當它受到劇烈衝擊或較大壓力時，其表層將迅速硬化，從而形成高耐磨的表層，而心部仍具有良好的衝擊韌性。基於這種特性，M13高錳鋼成為廣泛應用的耐磨鋼。又如18-8型鎳鉻不鏽鋼（1Cr-18Ni9、2Cr18Ni9等），其主要熱處理形式就是固溶處理。將其加熱到1050～1150℃保温，然後水淬。室温下得到單相奧氏體組織，使材料具有最好的耐蝕性，並且塑性高、成形性好。

多種特殊鋼，高温合金，特殊性能合金，有色金屬。

尤其適用：1.熱處理後須要再加工的零件。2.消除成形工序間的冷作硬化。3.焊接後工件。

加熱温度、保温時間和冷卻速度是固溶處理應當控制的幾個主要參數。

加熱温度原則上可根據相應的相圖來確定。上限温度通常接近於固相線温度或共晶温度。在這樣高的温度下合金具有最大的固溶度且擴散速度快。但温度不能過高，否則將導致低熔點共晶和晶界相熔化，即產生過燒現象，引起淬火開裂並降低韌性。最低加熱温度應高於固溶度曲線（圖示中的ab線），否則時效後性能達不到要求。不同的合金，允許的加熱温度範圍可能相差很大。某些銅合金和合金鋼的加熱温度範圍較寬，而大部分鋁合金的淬火加熱温度範圍則很窄，有的甚至只有±5℃。

保温的目的是使合金組織充分轉變到淬火所需狀態。保温時間主要取決於合金成分、材料的預先處理和原始組織以及加熱温度等，同時也與裝爐量、工件厚度、加熱方式等因素有關。原始組織細、加熱温度高、裝爐量少、工件斷面尺寸小，保温時間就較短。

固溶處理中一般採用快速冷卻。快冷的目的是抑制冷卻過程中第二相的析出，保證獲得溶質原子和空位的最大過飽和度，以便時效後獲得最高的強度和最好的耐蝕性。水是廣泛應用的有效的淬火介質，水中淬火所能達到的冷卻速度能夠滿足大多數鋁、鎂、銅、鎳和鐵基合金製品的要求。但是，水中淬火易使製件產生大的殘餘應力和變形。為克服這一缺點，可將水温適當升高，或在油、空氣和某些特殊的有機介質中淬火。也可採用一些特殊的淬火方法，如等温淬火、分級淬火等。 ^[2]