沉澱硬化

沉澱硬化（Precipitationhardening）（析出強化）是指金屬在過飽和固溶體中溶質原子偏聚區和（或）由之脱溶出微粒彌散分佈於基體中而導致硬化的一種熱處理工藝。如奧氏體沉澱不鏽鋼在固溶處理後或經冷加工後，在400～500℃或700～800℃進行沉澱硬化處理，可獲得很高的強度。即某些合金的過飽和固溶體在室温下放置或者將它加熱到一定温度，溶質原子會在固溶點陣的一定區域內聚集或組成第二相，從而導致合金的硬度升高的現象。

沉澱硬化熱處理：沉澱硬化的熱處理工藝過程為固溶處理+時效處理；沉澱硬化機制為彌散強化。

沉澱硬化機理是因為金屬材料中第二相粒子從過飽和固溶體裏析出而引起應變，從而引起金屬點陣的強化。造成最大強化是在形成可見的第二相粒子之前，這個階段稱為析出的孕育階段。在這個階段，要析出來形成第二相的原子，傾向於成羣地堆積，它們與母相保持連續的共格聯繫，就在這個時候發生了最大的應變，從而產生了最大的強化。

沉澱硬化處理有兩個作用。①消除馬氏體的應力，增加韌性、塑性和耐蝕性。②通過析出金屬間化合物而增加硬化效果。

不鏽鋼的沉澱硬化是複雜的熱處理過程。研究發現，當沉澱硬化處理加熱時，馬氏體中的鋁以Ni-Al金屬間化合物的形式析出，析出的數量取決於反應的時間和温度。但是當析出羣長到臨界尺寸時，在兩相之間形成了界面而與母相失去了共格關係，從而減弱了點陣的應變，降低了強度，這種現象叫“過時效現象” ^[1]  。

沉澱硬化不鏽鋼是20世紀40年代由美國鋼鐵公司等相繼開發出的鋼種。其經過沉澱硬化熱處理後強度高，塑性和耐蝕性優於其他不鏽鋼。

沉澱硬化不鏽鋼根據其基體的金相組織可以分為馬氏體型、半奧氏體型和奧氏體型3類。

（1）馬氏體型

馬氏體型沉澱硬化不鏽鋼通常是在馬氏體狀態下供應，經過簡單的時效處理進行沉澱硬化。馬氏體沉澱硬化不鏽鋼的性能可以通過馬氏體形成與沉澱硬化機理中的一種或兩種共同作用來獲得，它是沉澱硬化不鏽鋼中應用最廣泛的鋼種。

（2）半奧氏體型

半奧氏體型不鏽鋼的基體是奧氏體且含5%～20%的δ鐵素體，硬化前通過特殊熱處理，使奧氏體轉變成馬氏體然後進行時效處理。半奧氏體不鏽鋼可以加工成各種產品，但主要用於平軋薄板和帶材，此沉澱硬化不鏽鋼在閥門產品中一般不採用。

（3）奧氏體型

奧氏體型不鏽鋼是在奧氏體狀態下供應，這類鋼極少採用 ^[2]  。

沉澱強化仍是開發超高強度合金最有效的一種方法。它是通過析出彌散的、又能阻礙位錯運動的第二相沉澱顆粒來獲得強化。從1911年Wilm首次在鋁合金中發現時效硬化已有近一個世紀，自那時起，沉澱強化機制和沉澱動力學就成為人們研究的課題。然而直到1940年Mott和Nabarro提出位錯理論後才真正弄清楚了時效硬化的基本原理。作為此項研究的一個里程碑，Oorwan於1948年推導出了它的平衡方程，被認為是彌散強化或用不變形顆粒強化合金理論的基礎。1963年Kelly和Nicholson總結了早期的沉澱硬化理論。1971年Brown和Ham總結了對沉澱機制認識的研究進展，並着重討論了位錯與沉澱物相互作用的方式。Ardell對到上世紀八十年為止的相關研究工作進行了全面總結，並着重研究了位錯與顆粒相互作用和時效硬化機制的統計學問題，雖然Ardell提倡在理論上進行創新，但此後的沉澱硬化研究並不很活躍。近年來有關硬化機制的專門研究或部分研究在很大程度上仍延續過去Ardell的思路。Martin及Bratland等人對沉澱動力學的進展做了全面總結。

沉澱硬化的量化研究是一項富有挑戰性的課題，因為它需要沉澱強化機制和沉澱長大/粗化動力學方面的綜合知識。很多學者基於強化機制及動力學理論嘗試通過電腦模擬來再現實驗觀測。然而近年來尚未見到理論上的創新 ^[3]  。