钢铁材料的淬火回火处理和有色金属的固溶时效处理两者的强化机理有什么区别

什么时效强化？能说详细点吗？

以铝合金为例：

铝合金时效强化的前提，首先是进行淬火，获得饱和单相组织。在快冷淬火获得的固溶体，不仅溶质原子是过饱和的，而且空位(晶体点缺陷)也是过饱和的，即处于双重过饱和状态。以Al -4%Cu合金为例，固溶处理后，过饱和α固溶体的化学成分就是合金的化学成分，即固溶体中钢含量为4%。由Al-Cu 相图可知，在室温平衡态下，α固溶体的含铜量仅为0.5%，故3.5%Cu过饱和固溶于α相中。当温度接近纯铝熔点时，空位浓度接近10-3数量级，而在常温下，空位浓度为10-11数量级，二者相差10-8级。经研究可知；铝合金固溶处理温度越高，处理后过饱和程度也越大，经时效后产生的时效强化效果也越大。因此固溶处理温度选择原则是：在保证合金不过烧的前提下，固溶处理温度尽可能提高。

固溶处理后的铝铜合金，在室温或某一温度下放置时，发生时效过程。此过程实质上是第二相Al2Cu从过饱和固溶体中沉淀的过程。这种过程是通过成型和长大进行的，是一种扩散型的固态相变。它依下列顺序进行：a过→G.P区→θ’’相→θ’相→θ相

G.P区就是指富溶质原子区，对Al-Cu合金而言，就是富铜区。铝钢合金的G.P区是铜原子在(100)晶面上偏聚或从聚而成的，呈圆片状。它没有完整的晶体结构，与母相共格。200℃不再生成G.P 区。室温时效的G.P区很小，直径约50A，密度为1014-1015/mm3，G.P区之间的距离为20-40 ?。130℃时效15h后，G.P 区直径长大到90 ?，厚为4-6 ?。温度再高，G.P区数目开始减少。它可以在晶面处引起弹性应变。θ’’相是随时效温度升高或时效时间延长，G.P区直径急剧长大，且铜、铝原子逐渐形成规则排列，即正方有序结构。在θ’’过渡相附近造成的弹性共格应力场或点阵畸变区都大于G.P区产生的应力场，所以θ’’相产生的时效强化效果大于G.P区的强化作用。θ’相是指当继续增加时效时间或提高时效温度，θ’’相转变成为θ’相。θ’相属正方结构，θ’在(001)面上与基体铝共格，在z轴方向由于错配度过大，在(001)和(100)面上共格关系遭到部分破坏。θ相是平衡相，θ相的成分是Al2Cu，为正方有序结构。由于θ相完全脱离了母相，完全丧失了与基体的共格关系，引起应力场显著减弱。这也就意味着合金的硬度和强度显著下降。

影响时效强化效果的因素有哪些？

时效是按一定顺序进行的，强化效果受以下因素影响：

(1) 时效温度。固定时效时间，对同一成分的合金而言，时效温度与时效强化效果(硬度)之间关系。在某一时效温度时，能获得最大硬化效果，这个温度称为最佳时效温度。不同成分的合金获得最大时效强化效果的时效温度是不同的。统计表明，最佳时效温度与合金熔点之间存在如下关系：

T0 = (0.5 – 0.6)T

(2) 时效时间。硬度与强度峰值出现在θ’’相的末期和θ’过渡相的初期，θ’后期已过时效，开始软化。当大量出现θ相时，软化已非常严重。故在一定的时效温度内，为获得最大时效强化效果，应有一最佳时效时间，即在θ’’产生并向θ’转变时所需的时间。

(3) 淬火温度、淬火冷却速度和淬火转移时间。实践证明，淬火温度越高，淬火冷郄速度越快，淬火中间转移时间越短，所获得的固溶体过饱和程度越大，时效进行后强化效果越大。

(4) 时效工艺。时效可选单级或分级时效。单级时效指在室温或低于100℃温度下进行的时效过程。它工艺简单，但组织均匀性差，抗拉强度、屈服强度、条件屈服强度、断裂?性、应力腐蚀抗力性能很难得到良好的配合。分级时效是在不同温度下进行两次时效或多次时效。在较低温度进行预时效，目的在于在合金中获得高密度的G.P区，由于G.P区通常是均匀成核的，当其达到一定尺吋后，就可以成为随后沉淀相的核心，从而提高了组织的均匀性。在稍高温度保持一定时间进行最终时效。由于温度稍高，合金进入过时效区的可能性增大，故所获得合金的强度比单级时效略低，但是这样分级时效处理后的合金，其断裂?性值高，并改善了合金的抗腐蚀性，提高了应力腐蚀抗力。

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时效强化是指在固溶了合金元素以后，在常温或加温的条件下，使在高温固溶的合金元素以某种形式析出（金属间化合物之类），形成弥散分布的硬质质点，对位错切过造成阻力，使强度增加，韧性降低。相应的操作就是常温时效和高温时效处理。

固溶强化就是合金元素在基体金属晶格中存在使晶格产生畸变，位错运动阻力加大。通常也是强度增加，韧性降低。与时效强化相比，可以是单相的，而时效一定多相。

另有细晶强化(也叫晶界强化)，可以通过形变-再结晶获得较细的晶粒，使强度和韧性同时提高。好像也是唯一的同时提升强度和韧性的方法。具体原理再查查资料吧，不是很好说。

1、热处理：改变金属的晶粒的细度或合金中不同分子相对位置来增加晶格的反变形能力

2、冷作加工：破坏金属晶粒的晶格产生内应力用以反变形

3、渗入其他元素：产生内应力使金属增加反变形能力

常用的强化方式有四种

1、细晶强化：使金属材料力学性能提高的方法称为细晶强化，提高材料强度。

原理：通常金属是由许多晶粒组成的多晶体，单位体积内晶粒的数目越多，晶粒越细。在常温下的细晶粒比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性。因为细晶粒受到外力发生塑变可分散，塑变较均匀，应力集中较小。晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，不利于裂纹的扩展。

2、固溶强化：合金元素固溶于基体金属中造成一定程度的晶格畸变从而使合金强度提高的现象。

原理：晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，使合金固溶体的强度与硬度增加。在溶质原子浓度适当时，可提高材料的强度和硬度，而其韧性和塑性却有所下降。

3、第二相强化：第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相中产生显著的强化作用。

原理：交互作用阻碍了位碍运动，提高了合金的变形抗力。

4、加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降。

原理：塑变时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力。

拓展资料

金属材料是指具有光泽、延展性、容易导电、传热等性质的材料。一般分为黑色金属和有色金属两种。黑色金属包括铁、铬、锰等。其中钢铁是基本的结构材料，称为“工业的骨骼”。

由于科学技术的进步，各种新型化学材料和新型非金属材料的广泛应用，使钢铁的代用品不断增多，对钢铁的需求量相对下降。但迄今为止，钢铁在工业原材料构成中的主导地位还是难以取代的。

金属材料疲劳断裂的特点是：

⑴载荷应力是交变的；

⑵载荷的作用时间较长；

⑶断裂是瞬时发生的；

⑷无论是塑性材料还是脆性材料，在疲劳断裂区都是脆性的。

所以，疲劳断裂是工程上最常见、最危险的断裂形式。

金属材料的疲劳现象，按条件不同可分为下列几种：

⑴高周疲劳：指在低应力（工作应力低于材料的屈服极限，甚至低于弹性极限）条件下，应力循环周数在100000以上的疲劳。它是最常见的一种疲劳破坏。高周疲劳一般简称为疲劳。

⑵低周疲劳：指在高应力（工作应力接近材料的屈服极限）或高应变条件下，应力循环周数在10000~100000以下的疲劳。由于交变的塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用，因而，也称为塑性疲劳或应变疲劳。

⑶热疲劳：指由于温度变化所产生的热应力的反复作用，所造成的疲劳破坏。

⑷腐蚀疲劳：指机器部件在交变载荷和腐蚀介质（如酸、碱、海水、活性气体等）的共同作用下，所产生的疲劳破坏。

⑸接触疲劳：这是指机器零件的接触表面，在接触应力的反复作用下，出现麻点剥落或表面压碎剥落，从而造成机件失效破坏。

参考资料金属材料

百度百科金属材料强化方式

铝合金热处理方法铝合金的强化方式主要有以下几种：1．固溶强化纯铝中加入合金元素，形成铝基固溶体，造成晶格畸变，阻碍了位错的运动，起到固溶强化的作用，可使其强度提高。时效过程中使铝合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。4．细化组织强化许多铝合金组织都是由a固溶体和过剩相组成的。

固溶处理系指将材料生温至固溶体单相区一段时间，以便让溶质全部溶入基地而成单一α相；淬火系指将固溶处理后的材料迅速冷却以得饱和固溶体。时效处理则将此过饱和固溶体放置在恒温，使其逐渐析出析出物而造成性质上的变化。此恒温若为室温则称为自然时效(naturalaging)，若在叫高温炉中进行则称之为人工时效(artificial aging)。

铜合金的热处理方法 1、固溶淬火2、时效热处理3、再结晶退火4、高温均匀化退火5、低温消除应力退火6、低温强化退火（如锡磷、锌白铜）。

热处理一般不改变工件形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量。

一般来说，时效是对于有色金属而言的，其目的是进一步强化材料，使材料硬度提高，强度提高。而回火是对于钢材来说的，其目的一般是用以减低或消除淬火钢件中的内应力，提高组织稳定性，或者降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。

有色金属和钢铁强化都是通过添加合金元素提高和金的强度和韧性，这一点在我国古代的青铜器和后来的钢铁产品都得到了体现。但是，钢铁可以通过热处理改善已经固定了成份的钢铁产品的性能，有的甚至超过原有的性能，德国，日本，意大利，美国的钢铁制品之所以性能优异，很大程度上是依靠热处理改善的；而有色金属材料主要是靠调整合金的成份来改善性能。

钢是同素异构转变，在温度高和低时的组织形态不同，而有色金属是单一结构，在高温加热时，没有同素异构转变，升温保温降温之后的组织形态完全一致。

钢的强化方法有很多种：合金强化，沉淀强化，细晶强化，结构硬化。

有色金属本身不能强化，可以通过覆盖其他强化物质来增加其强度。

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从总体上来说，金属材料的强化机制有：（1）固溶强化，溶质原子的溶入使固溶体的强度和硬度升高同时塑性和韧性有所下降（2）细晶强化，由Holl-Petch公式知。晶粒越细，晶体的强度越高，而且细晶强化是唯一能同时提高金属材料的塑性和韧性的强化机制（3）沉淀强化，类似于第二相强化，第二相粒子弥散分布在基体中，对位错起扎钉作用，可用Orwan机制来解释（4）加工硬化，金属材料冷变形加工使材料的强度硬度显著提高，塑性显著下降（5）时效强化，用柯垂气团，斯偌克气团解释。

金属材料的强化机制和钢铁的强化机制有些不同。

固溶强化、冷变形强化、细晶强化、析出相强化、弥散强化和复合强化

形变强化

形变强化是通过塑性变形使铜合金的强度和硬度得以提高，它是最常用的铜合金强化手段之一。由于冷加工产生的晶体缺陷对材料的导电性影响不大，这种强化方式在提高强度的同时仍使合金具有很高的导电性。形变强化的特点是在材料强度上升的同时，其塑性迅速下降，导电率也会因位错密度的增加而略有下降。另外，当使用温度上升时，材料会发生回复、再结晶过程而软化，而且单一的形变强化使合金的强度提高的幅度有限，所以常和其它强化方式同时使用。

固溶强化是一种形成点缺陷的强化，溶质原子溶入铜基体中形成固溶体，引起晶格畸变，畸变所产生的应力场与位错周围的弹性应力场交互作用，使溶质原子移向位错附近，在位错周围形成溶质原子的偏聚即形成“柯垂尔气团”，结果造成位错运动时，一方面要克服“气团”的钉扎作用，另一方面又要克服溶质原子对位错运动的摩擦阻力，从而产生固溶强化效应。同时合金元素的加入，可大大提细晶强化的效果可以用Hall-Petch关系式表示,晶粒尺寸减小，合金的强度提高。这是因为多晶体在受力变形过程中，位错被晶界阻挡而塞积在晶界表面，这样停留在晶界处的滑移带在位错塞积群的顶部会产生应力集中；位错塞积群可以与外加应力发生作用，当该应力大到足以开动近邻晶粒内部的位错源时，滑移带才能从一个晶粒传到下一个晶粒。由于晶界及相邻晶粒取向不同，这就阻碍了位错从一个晶粒向另一个晶粒的运动，晶粒越细，单位体积内的晶界体积就越大，对位错的阻力也越大，材料的强度就越高。由于晶体的传导性能与结晶取向无关，晶粒细化仅使晶界增多，因而对铜的导电性能影响很小。此外细晶强化在提高材料强度的同时还可以提高材料的塑性。这是由于晶粒细化后，材料变形时晶界处位错塞积所造成的应力集中可以得到有效缓解，推迟了裂纹的萌生，在材料断裂前可以实现较大的变形量。

为了得到细晶粒组织，有几种方法可以采用：改变结晶过程中的凝固条件，如快速凝固法；形变配合再结晶细化晶粒；强塑性变形法，利用脱溶反应、纺锤分解、粉末烧结、内氧化等方法在合金内产生弥散的第二相以限制基体组织的晶粒长大；通过同素异形转变的多次反复实现晶粒的细化；通过加入某种微量合金元素来细化晶粒，稀土对铜合金晶粒有明显细化作用，可以显著细化铜合金晶粒。

高材料的软化温度。