析出硬化

析出硬化，也称为时效硬化或颗粒硬化，是一种热处理技术，用于提高可锻材料的屈服强度，包括大多数铝、镁、镍、钛的结构合金，以及一些钢和不锈钢。 在高温合金中，众所周知会导致屈服强度异常，从而提供出色的高温强度。

析出硬化依赖于固溶度随温度的变化来产生杂质相的细颗粒，这些颗粒阻碍位错或晶体晶格中的缺陷的移动。 由于位错通常是塑性的主要载体，这有助于使材料硬化。 杂质在颗粒增强复合材料中起着与颗粒物质相同的作用。 正如空气中冰的形成会产生云、雪或冰雹，这取决于大气中给定部分的热历史，固体中的降水会产生许多不同大小的颗粒，这些颗粒具有截然不同的特性。 与普通回火不同，合金必须在高温下保持数小时才能发生沉淀。 这种时间延迟称为老化。 固溶处理和时效有时在金属规范和证书中缩写为 STA。

涉及沉淀物的两种不同热处理可以改变材料的强度：固溶热处理和沉淀热处理。 固溶强化涉及通过淬火形成单相固溶体。 沉淀热处理涉及添加杂质颗粒以增加材料的强度。

该技术利用了过饱和现象，并涉及仔细平衡沉淀的驱动力和可用于理想和不良过程的热活化能。

成核发生在相对较高的温度，因此可以更容易地克服表面能的动力学障碍，并且可以形成xxx数量的沉淀颗粒。 然后允许这些颗粒在称为老化的过程中在较低温度下生长。 这是在低溶解度的条件下进行的，因此热力学驱动更大的沉淀物形成总量。

扩散对温度的指数依赖性使得析出强化，像所有热处理一样，是一个相当微妙的过程。 扩散太少，颗粒太小，不能有效阻碍位错； 太多，它们将太大且分散，无法与大多数位错相互作用。

如果固溶度线强烈地向相图的中心倾斜，则沉淀强化是可能的。 虽然需要大量沉淀颗粒，但应添加足够少量的合金元素，以使其在某些合理的退火温度下仍易于溶解。 尽管通常需要大体积，但也需要小粒径以避免强度下降，如下所述。

典型的铝和钛合金中用于沉淀强化的元素约占其成分的 10%。 虽然二元合金更容易理解为学术练习，但商业合金通常使用三种成分进行沉淀强化， 大量其他成分可能是无意的，但却是无害的，或者可能是为了细化晶粒或抗腐蚀等其他目的而添加的。 一个例子是在铝合金中添加 Sc 和 Zr 以形成 [[等球密堆积|FCC]] L12 结构，有助于细化晶粒和强化材料。 在某些情况下，例如许多铝合金，强度的增加是以牺牲耐腐蚀性为代价的。

由于快速冷却可以获得更多的亚稳相，因此最近的技术集中在增材制造上，而传统铸造则更多地局限于平衡相。

在不锈钢中添加耐腐蚀所需的大量镍和铬意味着传统的淬火和回火方法无效。 然而，与硬化和回火相比，铬、铜或其他元素的沉淀物可以使钢的强度相似。 可以通过调整退火工艺来调整强度，较低的初始温度会导致较高的强度。 较低的初始温度增加了成核的驱动力。 更多的驱动力意味着更多的成核位置，更多的位置意味着在使用成品部件时有更多位错被破坏的位置。