過飽和固溶體在時效過程中使合金的強度和硬度升高的現象。亦稱為“沉澱強化”或“沉澱硬化”。其實質是第二相產生的彌散強化作用 。時效硬化在工業上具有重大的實際意義，許多合金 都是據此設計的。
基本介紹
- 中文名：時效硬化
- 外文名：age hardening
- 領域：材料科學
原理,工藝基礎,分類,歷史,
原理
經固溶處理的過飽和固溶體在室溫或室溫以上時效處理，硬度或強度顯著增加的現象。原因是過飽和固溶體在時效過程中發生沉澱、偏聚、有序化等反應的產物，增加了位錯運動的阻力形成的。位錯與析出產物互動作用下硬化機制有位錯剪下析出相粒子，基體與粒子間相界面積增加，使外力轉變為界面能; 析出相與基體的層錯能差異; 基體與析出粒子的切變模量不同。
另外，析出相與基體共格應變場互動作用;參數不匹配;有序共格沉澱硬化作用;位錯運動產生反相疇界，使位錯不能通過析出相而彎曲繞過形成位錯環也可產生硬化。控制時效溫度、時間等條件可使合金獲得不同的組織結構和強化效果。
工藝基礎
絕大多數進行時效強化的合金，原始組織都是由一種固溶體和某些金屬化合物所組成。固溶體的溶解度隨溫度的上升而增大。在時效處理前進行淬火，就是為了在加熱時使儘量多的溶質溶入固溶體，隨後在快速冷卻中溶解度雖然下降，但過剩的溶質來不及從固溶體中分析出來，而形成過飽和固溶體。為達到這一目的而進行的淬火常稱為固溶熱處理。經過長期反覆研究證實，時效硬化的實質是從過飽和固溶體中析出許多非常細小的沉澱物顆粒(一般是金屬化合物，也可能是過飽和固溶體中的溶質原子在許多微小地區聚集)，形成一些體積很小的溶質原子富集區。
在時效處理前進行固溶處理時，加熱溫度必須嚴格控制,以便使溶質原子能最大限度地固溶到固溶體中,同時又不致使合金髮生熔化。許多鋁合金固溶處理加熱溫度容許的偏差只有5℃左右。進行人工時效處理,必須嚴格控制加熱溫度和保溫時間，才能得到比較理想的強化效果。生產中有時採用分段時效，即先在室溫或比室溫稍高的溫度下保溫一段時間，然後在更高的溫度下再保溫一段時間。這樣作有時會得到較好的效果。
馬氏體時效鋼淬火時會發生組織轉變，形成馬氏體。馬氏體就是一種過飽和固溶體。這種鋼也可採用時效處理進行強化。
低碳鋼冷態塑性變形後在室溫下長期放置，強度提高，塑性降低，這種現象稱為機械時效。
分類
將淬火後的金屬工件置於室溫或較高溫度下保持適當時間，以提高金屬強度的金屬熱處理工藝。室溫下進行的時效處理是自然時效；較高溫度下進行的時效處理是人工時效。在機械生產中，為了穩定鑄件尺寸，常將鑄件在室溫下長期放置，然後才進行切削加工。這種措施也被稱為時效。但這種時效不屬於金屬熱處理工藝。
歷史
20世紀初葉，德國工程師A.維爾姆研究硬鋁時發現，這種合金淬火後硬度不高，但在室溫下放置一段時間後，硬度便顯著上升，這種現象後來被稱為沉澱硬化。這一發現在工程界引起了極大興趣。隨後人們相繼發現了一些可以採用時效處理進行強化的鋁合金、銅合金和鐵基合金，開創了一條與一般鋼鐵淬火強化有本質差異的新的強化途徑──時效硬化。
