固溶熱處理

通過固溶處理鉻鎳不鏽鋼將高溫組織在室溫下固定下來獲得被碳過飽和的奧氏體，以改善鉻鎳不鏽鋼的耐腐蝕性。此外，它還能提高鉻鎳不鏽鋼的塑性和韌性。保持足夠長的時間，使一種或幾種相(一般為金屬間化合物)溶入固溶體中，然後快速冷卻到室溫的金屬熱處理操作，簡稱固溶處理。經過固溶熱處理的合金，其組織可以是過飽和固溶體或通常只存在於高溫的一種固溶體相，因此在熱力學上處於亞穩態，在適當的溫度或應力條件下會發生脫溶或其他轉變。

有些書刊中，常常把固溶熱處理看作是含義更廣泛的“淬火”的一種形式，這是因為固溶熱處理工藝採取快速冷卻的操作。在一般情況下，固溶熱處理是一種預先熱處理，它的作用是為合金隨後的熱處理準備最佳條件。因此，不同合金的固溶熱處理，儘管在操作上基本相同，但是其目的卻可以有很大的差異。下面用三個典型實例對此加以說明。

①鋁銅二元系中，銅在鋁中的固溶度隨溫度有顯著的變化（圖1），548℃時為5.65%，而在250℃時則僅為0.1～0.2%。含4%銅的鋁銅二元合金在退火狀態下的組織為鋁基α固溶體和比較粗大的θ(CuAl2)相顆粒，此合金經過固溶處理，即加熱到α單相區內，保持足夠長的時間，使θ相溶解，得到基本上是均勻的固溶體，然後快冷，可以在室溫得到過飽和的α固溶體。經過在室溫放置一段時間后，由於過飽和固溶體脫溶分解，合金的硬度和強度明顯提高，這一過程又稱自然時效。許多能夠產生沉澱硬化的工業鋁合金（如 Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg-Cu等合金系的合金），其最終熱處理都要先進行固溶處理，然後根據合金的特性及使用要求，再進行自然時效、人工時效或更複雜的處理（如分級時效等）。

②含 1.2%碳、13%錳的Mn13高錳鋼（即Hadfield鋼）經過固溶處理，即加熱到1050～1100℃，保持足夠長的時間，使碳化物M3C溶入奧氏體（圖2），然後淬入水中，可以在室溫得到單相奧氏體組織，其硬度值很低（約為HB200），但是具有很高的加工硬化能力以及優良的耐磨性和韌性。應用這種鋼製造的鐵路道岔，其磨損面經使用過程中的加工硬化，硬度值可增加到HB495～535。

③含0.07%碳、17%鉻、7%鎳、1.15%鋁的17-7PH沉澱硬化不鏽鋼，經過固溶處理，即加熱到1065℃，保持數分鐘，然後在空氣中冷卻，可以在室溫得到單相奧氏體組織，具有良好的塑性和成形性。隨後進行調整處理及深冷處理，即加熱到955℃，保持10分鐘，在空氣中冷卻到室溫，再冷卻到-73℃，保持8小時，使奧氏體轉變為馬氏體，最後在510℃進行時效處理1小時，使金屬間化合物NiAl析出，產生沉澱硬化；與固溶處理后相比，屈服強度由275兆帕（1兆帕≈10.2千克力/厘米2）提高到1520兆帕，抗拉強度由900兆帕提高到1620兆帕，伸長率由35%降低到6%（見金屬的強化）。