固溶體的脫溶分解
正文
共析分解、脫溶分解、拐點分解是金屬合金中為了改善材料性能而廣泛利用的幾種固態相變。本質上可以認為這三種相變都是在降溫時從一個單相過飽和固溶體轉變為兩相混合物的分解過程。但是相變過程可以有兩種不同形式：①在局部地區形成新相的晶核，然後繼續長大。這時為了形成與母相成分和結構迥然不同的新相核，需要克服一定的能壘，稱為成核長大過程。②在整個固溶體內形成連續的濃度起伏（濃度波），濃度連續地改變，濃度差逐漸增大，最後得到成分不同而結構相同的、平衡共存的兩相細密混合物。這個過程稱為拐點分解。兩種不同相變過程的差別如圖1所示。相變究竟以哪一種方式進行取決於相圖形式、新舊相的成分和結構以及進行分解時的溫度。
固溶體的脫溶分解
固溶體的脫溶分解
來表示，TE為共析溫度。這就是說,γ相只能存在於高溫,分解過程完了,γ相消失。如果合金成分不是恰好等於xγ,則按其偏離xγ的左或右而先析出α或β,未分解的合金其成分改變到xγ時，進行共析分解。由於三個相的結構不同，其自由能-成分曲線也不同,如圖2b所示。圖中表示在溫度T1時γ相的自由能-成分曲線已位於α和β相的曲線之上。因此γ相對於α和β成為不穩定，有轉變為α+β的趨勢。當條件具備而發生分解時，α相或β相的晶核即在γ相晶粒間界形成,在γ相內生長，使γ相最後全部消失。其顯微組織具有一定的特徵 (稱共析組織)。一般，α和β呈片狀相間排列, 組織細密。而且可以通過熱處理方法改變顯微組織的細密程度和形狀，從而改變合金的性能，鋼是能進行這種相變的代表性合金。不同含碳量的鋼材經過不同熱處理，可以得到不同的組織和性能。因而具有這種相變的合金是有廣泛套用價值的。 如是γ、α、β三個相的結構完全相同，則圖 2a的相圖變為圖3a的形狀,相應的自由能-成分曲線為圖3b的形式。這時的反應可以寫成 α
α1＋α2（都用α，表示結構相同）從固溶體的自由能－成分曲線隨溫度的變化來看，溫度降到Tc以下，自由能曲線出現上凸部分，
處稱為拐點,不同溫度時的拐點，畫在相圖上即為圖3a中的虛線。成分在左右兩拐點之間的固溶體（例如xo），在 Tc以下即成為
的不穩定狀態。只要濃度有微小變化(例如由a和b兩濃度形成)，其自由能降低（由Fo→F1）。在原子有足夠的活動能力時,就能自動改變其成分朝兩相平衡的成分
、
變化,達到自由能為最低(F┡)。這個過程不需要激活能,稱為拐點分解。 
固溶體的脫溶分解
（至左拐點）,
（右拐點至）兩線段內的合金， 在溫度改變時有溶解度的變化。但從自由能-成分曲線來看，
,即曲線向下凹；當成分只有微小變化時，過飽和的 α相對於微小濃度起伏是穩定的(分為兩相時，自由能升高)。只有當成分起伏較大，使成分的改變接近於平衡的兩相成分時，才能成核長大。因此這部分合金分解時，需要克服一定的能壘，以成核長大的方式進行。 從圖3a可以看出，倘若溫度從T降至T┡，則相應地兩相平衡成分和拐點成分向左右兩方向移動 (
，
相應於相圖中沿相分解線和拐點分解線從
)。因而原先屬於成核長大方式分解的合金xo，有可能以拐點分解形式發生分解（xó成分進入拐點分解區內）。 拐點分解現象不限於晶體內，非晶態固體向晶態轉變在一般條件下也多是以拐點分解的方式進行的。拐點分解後的合金具有極細密的特徵性的組織（電子顯微鏡下）；某些合金（例如Fe-Cr-Co）拐點分解後具有優良的磁性。另一些合金（如Fe－W-Co）拐點分解後可得到優良的力學性質（高溫強度和硬度），而且長時間使用不易發生晶粒長大、強度降低（過度時效）現象。
通常將圖 2a中成分為x1的合金，從溫度TE(合金為單相α)迅速降至T2成為過飽和固溶體然後析出 β相的過程（過飽和α→α+β）稱為脫溶沉澱。在室溫停留進行脫溶稱為自然時效，加熱到一定溫度促使脫溶的過程稱為人工時效。時效過程中強度提高稱為時效硬化。脫溶時，有些合金不是直接析出平衡成分的第二相(β)，而是根據溫度、成分等不同條件可能出現一系列中間過渡相，其結構和成分逐步接近平衡相β。一般，溫度較低或在時效初期，溶質原子在母相點陣內集聚成一定的形狀(圓盤或球形)，結構仍與母相相同，與母相點陣保持共格(原子排列彼此匹配)。此時溶質原子集團尺寸很小（約幾十埃）,需要用特殊的X射線散射技術來研究。這種區域稱為GP區。GP區的形成是拐點分解或均勻成核長大的過程。溫度稍高或時間稍長析出的中間過渡相，其結構與母相不同，但仍有可能與母相共格或半共格；一旦形成平衡相則與母相脫離關係。後兩種結構是由非均勻成核長大過程形成的。一般，時效硬化現象是伴隨母相與析出相共格產生畸變時出現的，或者是由於析出相呈彌散分布的硬顆粒而造成的。
脫溶現象比較複雜，這是由於固態相變時基體內彈性畸變對成核產生影響的緣故。
參考書目
馮端、王業寧、丘第榮編著：《金屬物理》,下冊,科學出版社，北京，1975。 徐祖耀著：《金屬材料熱力學》，科學出版社，北京，1981。
J. D. Verhoeven, Fundamentals of Physical Metallurgy,John Wiley & Sons,New York,1975.
