Aliajele pe bază de precipitare - întărire nichel - sunt proiectate cu un anumit conținut de precipitare - elemente care formează (cum ar fi Al, Ti, Nb) în compoziția lor. Procesul de îmbătrânire este împărțit în două etape principale:
Tratamentul cu soluție mai întâi: aliajul este încălzit la o temperatură ridicată (de obicei 980–1150 grade) și menținut pentru o perioadă de timp. Acest lucru permite elementelor care formează precipitarea - să se dizolve uniform în rețeaua FCC pe bază de nichel -, formând o soluție solidă suprasaturată. Apoi, se efectuează răcirea rapidă (stingerea cu apă sau răcirea cu aer) pentru a suprima precipitarea fazelor secunde la temperatura camerei, menținând starea suprasaturată metastabilă a soluției solide.
Tratamentul de îmbătrânire ulterioară: Soluția solidă suprasaturată este încălzită la o temperatură medie (de obicei 600–850 de grade) și menținută timp de câteva până la zeci de ore. La această temperatură, solubilitatea precipitațiilor - care formează elemente în nichel scade brusc. Atomii suprasaturați (Al, Ti, Nb) vor difuza și agrega în matrice și reacţionează cu atomii de nichel pentru a formafazele compuse intermetalice ordonate(cele mai frecvente sunt 'faza Ni₃(Al,Ti) şi '' faza Ni₃Nb). Aceste faze sunt coerente sau semi - coerente cu interfața matricei, ceea ce poate împiedica mișcarea dislocațiilor și astfel poate îmbunătăți rezistența la rupere a aliajului.
Îmbunătățirea rezistenței la tracțiune prin tratamentul de îmbătrânire se realizează în principal prin următoarele trei efecte de blocare a dislocației -:
Parametrii rețelei ai fazelor ' și '' sunt ușor diferiți de cei ai matricei pe bază de nichel -. Când aceste faze de întărire precipită în matrice, în jurul fazelor se va forma un câmp elastic local de deformare. Când dislocarea se mișcă în matrice, trebuie să depășească rezistența câmpului de deformare, ceea ce crește rezistența la deformare a aliajului și îmbunătățește astfel rezistența la tracțiune. Cu cât dimensiunea particulelor fazei de întărire este mai mică, cu atât distribuția este mai uniformă și efectul câmpului de deformare este mai puternic.
Când dimensiunea particulelor fazei de întărire atinge un anumit nivel (de obicei 10-50 nm), dislocațiile nu pot tăia particulele și le pot ocoli doar, lăsând bucle de dislocare în jurul particulelor. Formarea acestor bucle necesită energie suplimentară, ceea ce crește dificultatea mișcării de dislocare și sporește și mai mult rezistența aliajului. Pentru aliajele pe bază de nichel cu temperatură - înaltă -, acest mecanism joacă un rol dominant în etapa de îmbătrânire la temperatură - medie.
În timpul tratamentului de îmbătrânire, urme de elemente de carbură (cum ar fi C) din aliaj vor precipita, de asemenea, de-a lungul limitelor granulelor pentru a forma particule fine de carbură (cum ar fi TiC, NbC). Aceste particule pot fixa limitele granulelor, pot preveni alunecarea granițelor în timpul procesului de tracțiune și pot evita fracturile intergranulare. În același timp, oligoelemente, cum ar fi B și Zr adăugate la aliaj, se vor separa la limitele granulelor, îmbunătățind rezistența de legătură a granițelor și contribuind indirect la îmbunătățirea rezistenței la tracțiune.
Efectul tratamentului de îmbătrânire asupra rezistenței nu este o relație liniară simplă, ci este strâns legat de temperatură și timpul de menținere:
Temperatura de imbatranire: Dacă temperatura este prea scăzută, viteza de difuzie a atomilor este lentă, iar precipitarea fazelor de întărire este insuficientă, rezultând o rezistență scăzută; dacă temperatura este prea mare, particulele fazei de întărire vor crește rapid (întărirea), coerența interfeței cu matricea se va pierde, efectul câmpului de deformare se va slăbi și puterea va scădea semnificativ.
Timp de retinere: Odată cu prelungirea timpului de menținere, cantitatea de precipitare a fazelor de întărire crește mai întâi și apoi tinde să fie saturată. Timpul de menținere excesiv de lung va cauza îngroșarea particulelor și va reduce efectul de întărire.
Luând ca exemplu aliajul Inconel 718, sistemul optim de îmbătrânire este de obiceiîmbătrânire în etapă dublă de -: încălzire la 720 de grade timp de 8 ore, răcire la 620 de grade cu o rată de 55 de grade/h și menținere timp de 8 ore. După acest tratament, un număr mare de faze '' fine sunt precipitate în matrice, iar rezistența sa la rupere poate ajunge la mai mult de 1300 MPa, care este de 2-3 ori mai mare decât în starea de stingere -.
Trebuie remarcat faptul că întărirea îmbătrânirii este eficientă numai pentrualiaje pe bază de precipitare - întărire nichel -care conțin precipitații - elemente care formează. Pentru aliajele pe bază de soluție - de întărire pe bază de nichel - (cum ar fi Hastelloy C276, aliaj 600) fără Al, Ti și Nb, tratamentul de îmbătrânire nu poate precipita fazele de întărire, deci nu le poate îmbunătăți rezistența la tracțiune. În plus, procesul de îmbătrânire va reduce ușor plasticitatea aliajului, îmbunătățind în același timp rezistența, astfel încât sistemul de îmbătrânire trebuie optimizat în funcție de cerințele reale de aplicare pentru a echilibra rezistența și plasticitatea.
