相變態與動力學

時效硬化(age hardening)

有些合金只要放著就會變強:你在高溫把一點合金元素溶進去,用淬火把它凍結在原地,再讓細小的顆粒慢慢析出,每一顆顆粒都成為勾住差排的障礙物。時效硬化(析出硬化)就是這套三步驟的把戲,也是航空用鋁合金能以三分之一的重量達到接近鋼的強度的方法。

三步驟是:(1) 固溶處理,加熱到所有溶質(例如鋁中的銅)都溶進單一固溶體;(2) 淬火,快速冷卻以困住一個過飽和固溶體,容納比平衡所允許更多的溶質;(3) 時效,保持在中等溫度(甚至室溫),讓過量溶質析出成細小分散的微顆粒。這些顆粒阻礙差排移動,強度就爬升。例如含 4 percent Cu 的鋁在約 190 度 C 時效,幾小時內達到峰值。

如果時效太久或太熱,強度先到峰值然後又下降:顆粒變粗、變得又少又疏,於是差排從顆粒之間滑過去。這種過時效就是為什麼時效要計時。而且它只對冷卻時溶解度陡降的合金系統(如 Al-Cu,以及某些鎳與鎂合金)有效;它與鋼的麻田散鐵硬化是不同的機制,基地並沒有相變,只是析出物。

杜拉鋁(含約 4 percent Cu 的鋁)剛淬火時很軟,但隨著 GP 區在幾天的自然時效中形成,強度大致加倍:這正是使金屬飛機成為可能的合金。

溶解、困住,再析出細小的障礙物來擋差排。

時效並非越久越好;過了峰值硬度後,析出物變粗、合金變軟(過時效)。而且時效需要陡降的溶解度,所以並非每種合金都能做。

又稱
precipitation hardening析出硬化aging時效處理