淬火時效

淬火時效指的是合金經高溫固溶處理獲得過飽和固溶體後，在室溫和較高溫度下等溫一定時間，將從過飽和固溶體中析出彌散的新相，如鋼中的碳或氮化物，使合金的強度和硬度升高，而塑性降低。淬火時效是沉澱硬化不鏽鋼、馬氏體時效鋼及許多有色合金強化的主要手段。

基本介紹

• 中文名：淬火時效
• 外文名：quench aging
• 目的：沉澱硬化不鏽鋼、馬氏體時效鋼

淬火時效規程

合理的淬火時效規程能夠賦予材料最優良的使用性能。材料的使用條件和環境是多種多樣的，因此對材料的使用性能就有不同的要求。一般結構材料，最主要的要求是強度特徵。常溫下使用的材料，淬火時效規程應能使材料獲得高的強度性能。高溫下使用的材料．則必須考慮其高溫強度。材料在使用過程中，接觸到各種各樣的介質，材料在介質中的化學穩定性與其內部結構及組織有很大關係。

因此。淬火時效工藝也應滿足在不同條件下使用材料具有良好的耐蝕性能。對於有特殊性能要求的材料，規程的合理性在於能否保持材料的特殊性能得到滿足。此外，材料的表面質量、尺寸及形狀都應予以保證。所有這些方面的問題，都是在制定淬火時效規程時應該考慮的。

淬火處理加熱溫度

原則上可根據相圖來確定這類合金的加熱溫度，如下圖：

選擇淬火溫度示意圖

淬火加熱溫度的下限為固溶度曲線（ab），而上限為開始熔化溫度。一般進行淬火一時效處理的合金。合金元素濃度高。由圖可知，淬火溫度的要求比較嚴格，容許的波動範圍小。例如某些鋁合金淬火溫度僅容許±（2～3）℃的波動。因此，淬火加熱所採用的設備一般為溫度能準確控制以及爐內溫度均勻的浴爐和氣體循環爐，工件以單片或單件的方式懸掛於爐中，這不僅能保證均勻加熱，而且能保證淬火時均勻冷卻。當然，對於淬火溫度範圍較寬的合金，淬火加熱就易於控制。

淬火時金屬內部會發生一系列物理、化學變化，除最主要的相態變化外，還會產生再結晶、晶粒長大以及與周圍介質的作用等，這些變化對淬火後合金的性能都會帶來影響。在確定淬火溫度時，應根據不同合金的特點予以考慮。例如，在不發生過燒的前提下，提高淬火溫度有助於時效強化過程，但某些合金（6A02鋁合金）在高溫下晶粒長大傾向大，則應限制最高的加熱溫度。

過燒是淬火時易出現的缺陷。輕微過燒時，表面特徵不明顯，顯微組織觀察到晶界稍變粗，並有少量球狀易熔組成物，晶粒亦較大。反映在性能上，衝擊韌性降低，腐蝕速率大為增加。嚴重過燒時，除了晶界出現易熔物薄層，晶內出現球狀易熔物外，粗大的晶界平直、嚴重氧化。三個晶粒的銜接點呈黑三角，有時出現沿晶界的裂紋。在制品表面，顏色發暗，有時也出現氣泡等凸出晶粒。

淬火加熱保溫時間

保溫的目的在於使相變過程能夠充分進行（過剩相充分溶解）。使組織充分轉變到淬火需要的形態。在工業成批生產條件下．保溫時間應當自爐料最冷部分達到淬火溫度的下限算起。保溫時間的長短主要取決於成分、原始組織及加熱溫度。溫度越高，相變速率越大，所需保溫時間越短。

例如2A12合金在500℃加熱，只需保溫10min就足以使強化相溶解，自然時效後獲得最高強度；若480℃加熱．則需保溫15min，自然時效後的最高強度也較500℃淬火的低。材料的預先處理和原始組織（包括強化相尺寸、分布狀態等）對保溫時間也有很大影響。通常，鑄態合金中的第二相較粗大，溶解速率較小，它所需要的保溫時間遠比變形後的合金長。就同一變形合金來說，變形程度大的要比變形程度小的所需時間短。退火狀態合金中，強化相尺寸較已淬火時效後的合金粗大．故退火狀態合金淬火加熱保溫時間較重新淬火的保溫時間長得多。

等溫時效

等溫時效分自然時效和人工時效兩類。在室溫進行的時效稱自然時效，人工時效則表示必須將淬火合金加熱至某一溫度。在室溫。大多數時效型合金的時效過程不能進行，或進行極為緩慢．因此只能採用人工時效。只有熱處理強化的變形鋁合金才能有明顯的自然時效強化效應。

實驗結果表明合金達到最大硬度及強度值的人工時效溫度為合金熔點的50%～60%。淬火後穩定性小的材料，如變形狀態，特別是淬火還進行一定變形的材料，採用下限溫度；穩定性大，擴散過程緩慢的材料，如鑄態零件及耐熱合金，採用上限溫度。對結構材料來說，選擇時效規程往往以保證達到最高強化為原則。但對於有些製品不要求最高強度值．而是要求具有強度、韌性、塑性、抗應力腐蝕能力等多方面的綜合性能。因此，人工時效工藝除按最高強化所選擇的工藝(完全人工時效)外，還有不完全人工時效、過時效及穩定化時效。

處理目的

淬火與時效處理複合的金屬熱處理工藝。在工業合金熱處理中，淬火又稱固溶處理。鋁合金固溶處理是使合金髮生沉澱硬化的先行工序，以獲得過飽和固溶體。鋁合金在新淬火狀態下比較軟，容易進行矯形、校直，在隨後的時效過程中逐漸硬化。鋁合金淬火後在室溫均顯示時效硬化特性（自然時效）。人工時效（沉澱處理）使時效強化速度大為加快。時效溫度一般在75～250℃。固溶和時效處理是高溫合金最基本的兩種熱處理方式，兩者配合可以得到各種組織狀態和性能組合，滿足零件的各種使用要求。固溶處理的目的是使強化元素溶入固溶體；成分均勻化；晶粒長大到適當尺寸。

時效處理的目的是從過飽和固溶體中沉澱析出具有一定的尺寸、數量、形態和分布的一種或多種相。以提高合金性能。時效處理有單級、多級和階梯式，常採用兩級時效（即先後在兩種不同的溫度下進行時效）。時效溫度通常稍高於合金使用溫度。除鋁合金和鐵基、鎳基、鈷基高溫合金外，還有鎂鋁等系的鑄造鎂合金、（α+β）兩相鈦合金、低碳鋼和馬氏體時效鋼以及大多數銅合金等，均可通過淬火一時效達到強化。

影響

金屬材料在淬火時，由於快速冷卻而形成過飽和固溶體，且該固溶體處於不平衡狀態，溶質原子有自發析出的傾向，時效時第二相的脫溶符合固態相變的階次規則，即在平衡脫溶相出現之前會出現一種或多種亞穩定結構。平衡脫溶相出現後彌散分布的第二相質點起強化的作用從而導致材料力學性能強化，塑性韌性下降。