Κατακρήμνιση - σκλήρυνσης νικελίου - Τα κράματα με βάση το νικέλιο έχουν σχεδιαστεί με ένα ορισμένο περιεχόμενο κατακρήμνισης - που σχηματίζουν στοιχεία (όπως Al, Ti, Nb) στη σύνθεσή τους. Η διαδικασία γήρανσης χωρίζεται σε δύο βασικά στάδια:
Πρώτα θεραπεία με λύση: Το κράμα θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία (συνήθως 980–1150 μοίρες) και διατηρείται για κάποιο χρονικό διάστημα. Αυτό επιτρέπει στα στοιχεία σχηματισμού της καθίζησης - να διαλυθούν ομοιόμορφα στο πλέγμα FCC με βάση το νικέλιο -, σχηματίζοντας ένα υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται ταχεία ψύξη (απόσβεση νερού ή ψύξη αέρα) για την καταστολή της καθίζησης των δεύτερων φάσεων σε θερμοκρασία δωματίου, διατηρώντας τη μετασταθερή υπερκορεσμένη κατάσταση του στερεού διαλύματος.
Επακόλουθη θεραπεία γήρανσης: Το υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα θερμαίνεται σε μέτρια θερμοκρασία (συνήθως 600–850 μοίρες) και διατηρείται για αρκετές έως δεκάδες ώρες. Σε αυτή τη θερμοκρασία, η διαλυτότητα των στοιχείων που σχηματίζουν την καθίζηση - στο νικέλιο μειώνεται απότομα. Τα υπερκορεσμένα άτομα (Al, Ti, Nb) θα διαχυθούν και θα συσσωματωθούν στη μήτρα και θα αντιδράσουν με τα άτομα νικελίου για να σχηματίσουνδιατεταγμένες φάσεις διαμεταλλικών ενώσεων(τα πιο συνηθισμένα είναι η «φάση Ni3(Al,Ti) και η φάση «Ni3Nb). Αυτές οι φάσεις είναι συνεκτικές ή ημι - συνεπείς με τη διεπαφή μήτρας, γεγονός που μπορεί να εμποδίσει την κίνηση των εξαρθρώσεων και επομένως να βελτιώσει την αντοχή σε εφελκυσμό του κράματος.
Η βελτίωση της αντοχής σε εφελκυσμό με τη θεραπεία γήρανσης επιτυγχάνεται κυρίως μέσω των ακόλουθων τριών αποτελεσμάτων αποκλεισμού της εξάρθρωσης -:
Οι παράμετροι πλέγματος των φάσεων ' και '' είναι ελαφρώς διαφορετικές από αυτές του πίνακα με βάση το νικέλιο -. Όταν αυτές οι φάσεις ενίσχυσης καθιζάνουν στη μήτρα, θα σχηματιστεί ένα τοπικό ελαστικό πεδίο παραμόρφωσης γύρω από τις φάσεις. Όταν η εξάρθρωση κινείται στη μήτρα, πρέπει να υπερνικήσει την αντίσταση του πεδίου παραμόρφωσης, η οποία αυξάνει την αντίσταση παραμόρφωσης του κράματος και έτσι βελτιώνει την αντοχή σε εφελκυσμό. Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος των σωματιδίων της φάσης ενίσχυσης, τόσο πιο ομοιόμορφη είναι η κατανομή και τόσο ισχυρότερο είναι το φαινόμενο του πεδίου παραμόρφωσης.
Όταν το μέγεθος των σωματιδίων της φάσης ενίσχυσης φτάσει σε ένα ορισμένο επίπεδο (συνήθως 10-50 nm), οι εξαρθρώσεις δεν μπορούν να κόψουν τα σωματίδια και μπορούν μόνο να τα παρακάμψουν, αφήνοντας βρόχους εξάρθρωσης γύρω από τα σωματίδια. Ο σχηματισμός αυτών των βρόχων απαιτεί πρόσθετη ενέργεια, η οποία αυξάνει τη δυσκολία της μετατόπισης και ενισχύει περαιτέρω την αντοχή του κράματος. Για κράματα με βάση το νικέλιο - υψηλής θερμοκρασίας -, αυτός ο μηχανισμός παίζει κυρίαρχο ρόλο στο στάδιο γήρανσης μέσης - θερμοκρασίας.
Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας γήρανσης, ίχνη στοιχείων καρβιδίου (όπως το C) στο κράμα θα καθιζάνουν επίσης κατά μήκος των ορίων των κόκκων για να σχηματίσουν λεπτά σωματίδια καρβιδίου (όπως TiC, NbC). Αυτά τα σωματίδια μπορούν να καρφώσουν τα όρια των κόκκων, να αποτρέψουν την ολίσθηση των ορίων των κόκκων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εφελκυσμού και να αποφύγουν το διακοκκώδες κάταγμα. Ταυτόχρονα, ιχνοστοιχεία όπως το B και το Zr που προστίθενται στο κράμα θα διαχωρίζονται στα όρια των κόκκων, βελτιώνοντας την αντοχή συγκόλλησης των ορίων κόκκων και συμβάλλοντας έμμεσα στη βελτίωση της αντοχής σε εφελκυσμό.
Η επίδραση της θεραπείας γήρανσης στη δύναμη δεν είναι μια απλή γραμμική σχέση, αλλά σχετίζεται στενά με τη θερμοκρασία και τον χρόνο διατήρησης:
Θερμοκρασία γήρανσης: Εάν η θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλή, ο ρυθμός διάχυσης των ατόμων είναι αργός και η καθίζηση των φάσεων ενίσχυσης είναι ανεπαρκής, με αποτέλεσμα χαμηλή αντοχή. Εάν η θερμοκρασία είναι πολύ υψηλή, τα σωματίδια της φάσης ενίσχυσης θα αυξηθούν γρήγορα (χονδρόκοκκο), η συνοχή της διεπαφής με τη μήτρα θα χαθεί, το φαινόμενο του πεδίου παραμόρφωσης θα εξασθενήσει και η ισχύς θα μειωθεί σημαντικά.
Χρόνος διατήρησης: Με την παράταση του χρόνου διατήρησης, η ποσότητα βροχόπτωσης των φάσεων ενίσχυσης αυξάνεται πρώτα και στη συνέχεια τείνει να κορεσθεί. Ο υπερβολικά μεγάλος χρόνος διατήρησης θα προκαλέσει τραχύτητα σωματιδίων και θα μειώσει το αποτέλεσμα ενίσχυσης.
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το κράμα Inconel 718, το βέλτιστο σύστημα γήρανσης είναι συνήθωςδιπλό - στάδιο γήρανσης: θέρμανση στους 720 βαθμούς για 8 ώρες, ψύξη στους 620 βαθμούς με ρυθμό 55 μοίρες / ώρα και διατήρηση για 8 ώρες. Μετά από αυτήν την επεξεργασία, ένας μεγάλος αριθμός λεπτών '' φάσεων κατακρημνίζεται στη μήτρα και η αντοχή εφελκυσμού μπορεί να φτάσει πάνω από 1300 MPa, που είναι 2-3 φορές μεγαλύτερη από την κατάσταση σβέσης ως -.
Πρέπει να σημειωθεί ότι η ενδυνάμωση της γήρανσης είναι αποτελεσματική μόνο γιακατακρήμνιση - σκληρύνοντας κράματα με βάση το νικέλιο -που περιέχει κατακρήμνιση - σχηματίζοντας στοιχεία. Για κράματα με βάση το διάλυμα - σκλήρυνσης νικελίου - (όπως Hastelloy C276, Alloy 600) χωρίς Al, Ti και Nb, η επεξεργασία γήρανσης δεν μπορεί να επισπεύσει τις φάσεις ενίσχυσης, επομένως δεν μπορεί να βελτιώσει την αντοχή τους σε εφελκυσμό. Επιπλέον, η διαδικασία γήρανσης θα μειώσει ελαφρώς την πλαστικότητα του κράματος βελτιώνοντας παράλληλα την αντοχή, επομένως το σύστημα γήρανσης πρέπει να βελτιστοποιηθεί σύμφωνα με τις πραγματικές απαιτήσεις εφαρμογής για να εξισορροπηθεί η αντοχή και η πλαστικότητα.
