过饱和固溶体分解情况

 
 
在固溶体中，溶质元素在溶剂元素中的溶解度通常是有限的．而且还常常随着温度的下降而减小如果溶质元素的含量超过了正常条件下固溶体所能溶解的极限含量，这样的固溶体就是过饱和固溶体．例如，上面所说的马氏体，就是碳在铁素体基体中的过饱和固溶体．过饱和固溶体一般都是通过将合金从高温下淬火，从而使高温相保留到室温而得到的，它处于一种非稳定状态．如果将它在适当温度下加热一段时间，则固溶体内那些比正常条件下，多溶入的溶质元素就必然会以某种形式析出，这就是过饱和固溶体的分解过程。
由于被研究材料的成分不同，新相可以是与原来固溶体结构相同而成分不同的固溶体，也可以是结构与原来固溶体不同的固溶体或化合物．在金属学中，过饱和固溶体的分解也常称为脱溶或沉淀．
在许多情况下，新相的脱溶是通过成核长大过程进行的．成核过程和液态金属结异的情况相似，不同的是在固态情况下，阻碍新相成核的不仅有表面能，而且还有应变能．应变能是由于新、旧两相品格不匹配，或者因新相形成时体积变化受到基体约束，以至于不能自由胀缩而产生应变所引起的能量变化．增大应变能和表面能都将增大形核功，使成核更加困难不过，在固态转变时，由于晶体中存在许多晶体缺陷，如空位、晶界、位错等，它们都是成核的有利位置，因此，这种非均匀成核所需的形核功远低于上式所预言的值，也就是说，比均匀成核将是成核的主要方式．新相成核后，通过原子的正常扩散，便可逐步长大．
 


 
 
 
然而，在另一些情况下，新相的脱溶也可以不通过成核长大过程、而是通过所谓斯皮诺答尔(Sp6n。dal)分解进行．由于这种分解的产物是结构相同而成分不同的两相，其中一相为溶质原子的富集区，另一相为溶质原子的贫化区，而且在合金内部呈交替变化，使台金具有一种成分调幅的结构，因此又称为调幅分解．图4—41Lh较了通过成核长大和调幅分解形成新相的过程．在调幅分解情况下，根据热力学的分析，只要合金系统的自由能随成分的变化关系，在一定成分范围内呈连续的、向上隆起的形状，则位于该成分范国内的合金内部，
一旦出现成分的任何微小起伏(例如通过将合金加热到某一温度进行热处理)，系统的自由能都将连续地下降．也就是说，系统可以自发地从过饱和状态向具有不同成分的两相结构转变．但是在固态情况下，还应考虑由于两相分离所造成应变能增加的影响，因此严格说来，只有当成分变化所引起的自由能降低，大于这种应变能的增加时，才有可能通过原子扩散实现分解．正如在图4—41中所表明的，这种原子扩散的方式和成核长大情况不同，它是一种上坡扩散，即溶质原子是从低浓度区向高浓度区扩散，扩散的结果使溶质原子宫集的区域内浓度进一步富集，贫化区域内浓度进一步贫化，最后在合金内形成成分的调幅结构．在成核长大情况下，晶核一经产生就具有的浓度，它和基体的化学成分在界面两侧有不连续的突变，晶核的长大是通过原子的下坡扩散进行的，即溶质原子总是由高浓度区向低浓度区扩散．
过饱和固溶体的分解是重要的固态转变之一，它是生产实践中广泛采川的时效处理的基本依据。通过适当的时效处理，即控制过饱和固溶体的分解条件，就能有目的地提高材料的硬度、强度及娇顽力等．特别是调幅分解，对于提高金属水磁材料的性能以及创制新型合金有着重要的指导意义．这种分解形式不受晶体缺陷的影响，分解速度快，容易得到微细而又分布均匀的两相，而且还可通过外加应力和磁场来控制脱溶物的形态，增大其形状各向异性，最后形成只包含单一磁畴的细长颗粒，从而有利于提高材料的矫顽力．在第五章中将要谈到的铝镍钻水磁台金和铁铬钻永磁台金，都是由这种途径获得较高水磁性能的典型例子。//www.auto-fm.com