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laokaner

金虫 (小有名气)

[交流] 为什么有时候说固溶强化有时候又说固溶处理是为了软化

从理论上来说，固溶处理应该是在高温状态下让合金元素均匀地溶入晶粒中，再通过急冷，强行将合金元素固定在晶粒内，得到合金成分均匀的奥氏体单相组织，避免合金元素的析出。
若从以上理论而言，固溶应该是将材料软化的过程。那么何来的固溶强化一说呢。毕竟不论合金元素是通过时效达到均匀析出，还是通过自发的晶界聚集，都是材料硬化或强化的过程，区别只在后者硬脆且塑性低，是我们不希望的一种硬态。但固溶状态相对于这两者而言，做的都是一个软化的工作。

对奥氏体不锈钢而言，若是在冷加工工序的中间做固溶处理，当然是为了降低硬度、释放应力，这是为了软化。若是在熔炼结束后或是成品出货前做的热处理，应该就是均匀奥氏体中合金元素的过程。这个还比较好理解。

但对镍基合金来说，书上经常只说做多少度的固溶处理，并不讲固溶的目的为何、结果为何。那么问题就来了，镍基合金从真空感应、电渣重熔、热加工、冷加工、精整处理，如此多道工序之间或之后，肯定不只一次做固溶，那么哪些达到了强化、哪些达到了软化，凭什么有的说强化，有的说软化？

镍基牌号中，单数开头的都是固溶强化型，那么固溶为什么会让它强化？如果非要说强化，不过是合金元素固溶入基体原有晶格后，引起点阵畸变造成的一点晶格强化而已。如此弱的强化作用，怎么能和析出强化相比，当然更不能和冷作硬化相比。为什么这些牌号中大量的合金元素，不能让它们均匀析出达到弥散强化，而非要固溶进基体中，而且固溶完后还要称其为强化。实际上固溶态不管是比起均匀析出态，还是比起冷加工变形态，都是相对软的状态。

如果说这些合金的使用工况不需要高强度，而特别在意材料的均匀性和塑性，那么进行固溶处理无可厚非。但我不明白的是为什么要给这种固溶处理冠以强化两个字，非要说是固溶达到了强化的目的。实际上对比固溶之前的冷加工态，硬度和强度肯定是降低了的，这强化二字是针对何者而言？

为什么不能用冷作硬化加退火，或是固溶加时效，而非要固溶，还说是强化。若是没有析出效果的合金，做固溶有什么意义，反正它也不会自然析出。若是有析出效果的合金，怕晶界析出，那为什么不做固溶加时效。无论怎么说，都找不到单独做固溶，以期达到强化的意义。单独做固溶，只能是软化。

这个问题一直很困扰，希望高手能解答。固溶强化既然这么写进所有书里，肯定有其一套完整的理论依据的，可我偏是没有查到，真是汗颜，只能偷懒来这里请教高手，非常感谢各位了！

还有一个可能，就是某些合金，做时效恐怕达不到晶内均匀析出的效果，所以只能做固溶，不能加上时效。但我总觉得这种解释可能太牵强，毕竟这样固溶是固溶了，但是强化根本无从谈起。我这么做固溶的目的，恐怕只是为了避免晶界析出，根本就不是为了所谓的强化。要强化，冷加工两次自然就冷作硬化加细晶强化了，比固溶的强化效果实在是高了太多。为什么这些镍基合金要说是固溶强化型？这么叫法，就是肯定了固溶对这种材料达到强化目的的重要作用，但是这个作用何在？那一点晶格畸变能，在冷加工硬化或析出强化面前，怎么敢称是主要强化作用或是重要强化作用？
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1楼2011-07-27 11:24:24
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毛猴

铁杆木虫 (知名作家)
★ ★ ★ ★
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imrsfb(金币+3): 感谢详细应助交流！ 2011-07-30 15:21:18
”固溶处理应该是在高温状态下让合金元素均匀地溶入晶粒中“这种说法是欠妥，其实固溶处理时外来的溶质原子是进入溶剂的晶格中，由于两者的原子半径不同，于是形成的固溶体就会存在晶格畸变，这对后续的塑性变形过程中位错运动不利，从而产生强化效果。

高温固溶处理后，外来溶质原子在溶剂中均匀分布，再通过淬火锁定这些溶质原子形成过饱和态的固溶体，能量比较高，从热力学角度看，这种过饱和状态应该是不稳定的，在加热的过程中，这些溶质原子会从过饱和的固溶体中析出，由于溶质在基体中比较均匀分布，低温短时间内析出的第二相颗粒也应该比较均匀，这些弥散的第二相颗粒在材料塑性变形过程中可以有效地阻碍位错的运动起到强化作用，只是随着时间的延长，温度的升高，这种效果不太明显了。

[ Last edited by 毛猴 on 2011-7-30 at 11:37 ]
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laokaner
3楼2011-07-30 11:30:54
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zhaochong85

铁杆木虫 (正式写手)
★
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖
不知道啊
不了解啊
固溶强化还是要看合金元素的吧？
有的有固溶进去会有较大的提高，有的固溶度小，即使固溶了性能也下降。
此外，一般固溶时间是否 应该少点会好些？
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2楼2011-07-30 11:04:09
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drdxmc

金虫 (小有名气)
★ ★
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖
imrsfb(金币+1): 感谢回帖交流！ 2011-07-30 15:24:35
engle028: 你的这个理解好像不是很准确吧 2011-08-01 21:08:43
面心立方的固溶强化效果很弱，而体心立方的固溶强化效果就很强。
赞一下(4人) 回复此楼
4楼2011-07-30 12:17:57
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imrsfb

铁杆木虫 (著名写手)
★ ★
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖
朱丝玉壶(金币+1): 感谢交流 2011-08-02 22:10:01
I can't answer your question, but this website may help you!
http://en.wikipedia.org/wiki/Sol ... ngthening#Mechanism
Also I suggest you can ask the experts of our METAL section, through
“金属版专家顾问交流室” http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=3199033&fpage=1
and I recommend "anxianghai7681" and "comma"


"Mechanism of Solid solution strengthening" from wiki

The strength of a material is dependent on how easily dislocations in its crystal lattice can be propagated. These dislocations create stress fields within the material depending on their character. When solute atoms are introduced, local stress fields are formed that interact with those of the dislocations, impeding their motion and causing an increase in the yield stress of the material, which means an increase in strength of the material. This gain is a result of both lattice distortion and the modulus effect.

When solute and solvent atoms differ in size, local stress fields are created (if solute atom size is larger than solvent atom size, this field is compressive, and similarly, when solute atoms are smaller than solvent atoms, this field is tensile). Depending on their relative locations, solute atoms will either attract or repel dislocations in their vicinity. This is known as the size effect. This allows the solute atoms to relieve either tensile or compressive strain in the lattice, which in turn puts the dislocation in a lower energy state. In substitutional solid solutions, these stress fields are spherically symmetric, meaning they have no shear stress component. As such, substitutional solute atoms do not interact with the shear stress fields characteristic of screw dislocations. Conversely, in interstitial solid solutions, solute atoms cause a tetragonal distortion, generating a shear field that can interact with both edge, screw, and mixed dislocations. The attraction or repulsion of the dislocation centers to the solute particles increase the stress it takes to propagate the dislocation in any other direction. Increasing the applied stress to move the dislocation increases the yield strength of the material.

The energy density of a dislocation is dependent on its Burgers vector as well as the modulus of the local atoms. When the modulus of solute atoms differs from that of the host element, the local energy around the dislocation is changed, increasing the amount of force necessary to move past this energy well. This is known as the modulus effect. Meanwhile, in the specific case of a lattice distortion, the difference in lattice parameter leads to a high stress field around that solute atom that impedes dislocation movement.

Surface carburizing, or case hardening, is one example of solid solution strengthening in which the density of solute carbon atoms is increased close to the surface of the steel, resulting in a gradient of carbon atoms throughout the material. This provides superior mechanical properties to the surface of the steel.
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laokaner
5楼2011-07-30 15:38:38
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