下载文档原格式
固溶体的强化作用虽然纯金属在实际工业生产上得到了一定的应用，但是由于其强度一般都很低，如铁的抗拉强度约为200MPa，而铝的抗拉强度还不到100MPa，显然都不符合用作工业的结构材料。
近年来，为了适应多方面的要求，各种新材料、新工艺不断出现，但是就目前来说，新材料的制造方法比较复杂，制备成本较高，市场应用不是特别广泛，所以，在今后很长一段时间之内，用的较多的仍然是一些传统材料。
目前应用的金属材料大多数是合金，新材料的广泛应用还有一段时间。
所以，对其研究仍有重大意义。
固溶体是几乎所有合金的基体相，固溶强化作为最基本的强化手段已被广泛地利用于生产中。
当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能与溶剂金属基本相同。
随着溶质含量的升高，固溶体的性能将发生明显改变，其一般规律情况是：强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧性有所下降，电阻率逐渐升高，导电性逐渐下降，磁矫顽力升高等。
例如铜镍合金，其性能如图一。
通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。
固溶强化的产生是由于溶质原子溶入后，要引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而使位错移动时所受到的阻力增大的缘故。
固溶强化是材料的一种主要的强化途径。
实践证明，适当掌握固溶体中的溶质含量，可以在显著提高金属材料的强度、硬度的同时，使其仍然保持相当好的塑性和韧性。
例如，向铜中加入19%镍，可使合金的σb由220MPa升高至380 -400MPa，硬度由HB44升高至HB70，而塑性仍然保持Ψ=50%。
数据结果如图一。
若将铜通过其他途径（例如冷变形时的加工硬化）获得同样的强化效果，其塑性将接近完全丧失。
十分明显，固溶强化是一种极为优异的强化方式，因而在金属材料的生产和研究中得到了极为广泛的应用，几乎所有对综合力学性能要求较高（强度、韧性和塑性之间有较好的配合）的结构材料都是以固溶体作为最主要最基本的相组成物的。
可是通过单纯的固溶强化所达到的最高强度指标仍然有限，常常不能满足人们对于结构材料的要求，因而不得不在固溶强化的基础上再补充进行其他强化处理。
有色金属的强度一般较低。
例如常用的有色金属铝、铜、钛在退火状态的强度极限分别只有80100MPa 、220MPa 和450600MPa 。
因此设法提高有色金属的强度一直是有色冶金工作者的一个重要课题。
目前工业上主要采用以下几种强化有色金属的方法。
1 固溶强化纯金属由于强度低很少用作结构材料在工业上合金的应用远比纯金属广泛。
合金组元溶入基体金属的晶格形成的均匀相称为固溶体。
形成固溶体后基体金属的晶格将发生程度不等的畸变但晶体结构的基本类型不变。
固溶体按合金组元原子的位置可分为替代固溶体和间隙固溶体按溶解度可分为有限固溶体和无限固溶体按合金组元和基体金属的原子分布方式可分为有序固溶体和无序固溶体。
绝大多数固溶体都属于替代固溶体、有限固溶体和无序固溶体。
替代固溶体的溶解度取决于合金组元和基体金属的晶体结构差异、原子大小差异、电化学性差异和电子浓度因素。
间隙固溶体的溶解度则取决于基体金属的晶体结构类型、晶体间隙的大小和形状以及合金组元的原子尺寸。
纯金属一旦加入合金组元变为固溶体其强度、硬度将升高而塑性将降低这个现象称为固溶强化。
固溶强化的机制是: 金属材料的变形主要是依靠位错滑移完成的故凡是可以增大位错滑移阻力的因素都将使变形抗力增大从而使材料强化。
合金组元溶入基体金属的晶格形成固溶体后不仅使晶格发生畸变同时使位错密度增加。
畸变产生的应力场与位错周围的弹性应力场交互作用使合金组元的原子聚集在位错线周围形成“气团”。
位错滑移时必须克服气团的钉扎作用带着气团一起滑移或从气团里挣脱出来使位错滑移所需的切应力增大。
此外合金组元的溶入还将改变基体金属的弹性模量、扩散系数、内聚力和晶体缺陷使位错线弯曲从而使位错滑移的阻力增大。
在合金组元的原子和位错之间还会产生电交互作用和化学交互作用也是固溶强化的原因之一。
固溶强化遵循下列规律: 第一对同一合金系固溶体浓度越大则强化效果越好。
表1 列出了几种普通黄铜的强度值它们的显微组织都是单相固溶体但含锌量不同强度有很大差异。
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。
金属材料的强化方法_细晶强化_沉淀强化_固溶强化_第二相强化_形变强化金属的五种强化机制及实例1 固溶强化(1)纯金属加入合金组元变为固溶体,其强度、硬度将升高而塑性将降低, 这个现象称为固溶强化。
（2）固溶强化的机制是: 金属材料的变形主要是依靠位错滑移完成的, 故凡是可以增大位错滑移阻力的因素都将使变形抗力增大, 从而使材料强化。
合金组元溶入基体金属的晶格形成固溶体后, 不仅使晶格发生畸变, 同时使位错密度增加。
畸变产生的应力场与位错周围的弹性应力场交互作用, 使合金组元的原子聚集在位错线周围形成“气团”。
位错滑移时必须克服气团的钉扎作用, 带着气团一起滑移或从气团里挣脱出来, 使位错滑移所需的切应力增大。
（3）实例：表1 列出了几种普通黄铜的强度值, 它们的显微组织都是单相固溶体, 但含锌量不同, 强度有很大差异。
在以固溶强化作为主要强化方法时, 应选择在基体金属中溶解度较大的组元作为合金元素, 例如在铝合金中加入铜、镁; 在镁合金中加入铝、锌; 在铜合金中加入锌、铝、锡、镍; 在钛合金中加入铝、钒等。
表1 几种普通黄铜的强度(退火状态)对同一种固溶体, 强度随浓度增加呈曲线关系升高, 见图1。
在浓度较低时, 强度升高较快, 以后渐趋平缓,大约在原子分数为50 %时达到极大值。
以普通黄铜为例: H96 的含锌量为4 % , σb 为240MPa , 与纯铜相比其强度增加911 %;H90 的含锌量为10 % , σb 为260MPa , 与H96 相比强度仅提高813 %。
2 细晶强化(1) 晶界上原子排列紊乱, 杂质富集,晶体缺陷的密度较大, 且晶界两侧晶粒的位向也不同, 所有这些因素都对位错滑移产生很大的阻碍作用, 从而使强度升高。
晶粒越细小, 晶界总面积就越大, 强度越高, 这一现象称为细晶强化。
(2) 细晶强化机制：通常金属是由许多晶粒组成的多晶体，晶粒的大小可以用单位体积内晶粒的数目来表示，数目越多，晶粒越细。
从晶体缺陷角度说明固溶强化和加工硬化的原理固溶强化和加工硬化是金属材料加工中重要的两类热处理方法，它们都是通过改变金属材料的晶体缺陷特性来增强材料的机械性能。
本文以“从晶体缺陷的角度说明固溶强化和加工硬化的原理”为标题，分析两种热处理方法的原理。
首先，让我们来看看金属材料的晶体缺陷之所以产生的原因。
它们的原因有两个：一个是结晶时的内在缺陷，另一个是逆温度过程中加工或分解金属结构时产生的外在缺陷。
内在缺陷有空位、非晶态结构、晶界等，而外在缺陷则主要包括疲劳裂纹和拉伸裂纹等。
因此，固溶强化和加工硬化的原理都是利用金属材料的晶体缺陷特性来调整材料的力学性能。
固溶强化是指将合金或元素热处理添加到金属材料中，使得金属材料的组织发生变化，从而增强材料的强度和硬度。
固溶强化的原理是在金属晶体界面附着了一层以离子团为基础的大量固溶效应，使金属结构产生变化，从而抵抗拉伸，抗压和剪切等外力。
通常，固溶强化可以改善金属材料的抗拉强度、杨氏模量、弹性模量和热稳定性等，从而改善金属材料的力学性能。
加工硬化是指通过外力（如压缩、拉伸、冲击等）将金属材料组织发生变化，以提高其硬度和强度。
加工硬化的原理可以归结为晶体界面的变形，通过外力作用产生的晶体缺陷，导致金属材料的组织结构发生变化，从而提高材料的强度和硬度。
例如，拉伸加工硬化可以使金属材料的硬度显著提高，而压缩加工硬化则可以提高金属材料的抗拉强度。
从以上分析可以看出，固溶强化和加工硬化的原理都源于金属材料晶体缺陷，它们都是通过改变金属材料晶体缺陷特性来改善材料的力学性能。
因此，固溶强化和加工硬化都是应用于金属材料加工过程中重要的热处理方法，它们可以有效提高金属材料的机械性能和可靠性。
