Op neerslag - uithardende nikkel - legeringen zijn ontworpen met een bepaald gehalte aan neerslag - vormende elementen (zoals Al, Ti, Nb) in hun samenstelling. Het verouderingsproces is verdeeld in twee kernfasen:
Oplossingsbehandeling eerst: De legering wordt tot een hoge temperatuur verwarmd (meestal 980–1150 graden) en gedurende een bepaalde tijd vastgehouden. Hierdoor kunnen de precipitatie---vormende elementen uniform oplossen in het op nikkel - gebaseerde FCC-rooster, waardoor een oververzadigde vaste oplossing wordt gevormd. Vervolgens wordt snelle koeling (afschrikken met water of luchtkoeling) uitgevoerd om de precipitatie van tweede fasen bij kamertemperatuur te onderdrukken, waardoor de metastabiele oververzadigde toestand van de vaste oplossing behouden blijft.
Aansluitende verouderingsbehandeling: De oververzadigde vaste oplossing wordt verwarmd tot een gemiddelde temperatuur (meestal 600-850 graden) en enkele tot tientallen uren bewaard. Bij deze temperatuur neemt de oplosbaarheid van precipitatie---vormende elementen in nikkel sterk af. De oververzadigde atomen (Al, Ti, Nb) zullen diffunderen en aggregeren in de matrix, en reageren met nikkelatomen om zogeordende intermetaalverbindingsfasen(de meest voorkomende zijn 'fase Ni₃(Al,Ti) en '' fase Ni₃Nb). Deze fasen zijn coherent of semi-{1}} coherent met het matrixgrensvlak, wat de beweging van dislocaties kan belemmeren en zo de treksterkte van de legering kan verbeteren.
De verbetering van de treksterkte door verouderingsbehandeling wordt voornamelijk bereikt door de volgende drie dislocatie - blokkerende effecten:
De roosterparameters van de fasen ' en '' verschillen enigszins van die van de op nikkel - gebaseerde matrix. Wanneer deze versterkingsfasen in de matrix neerslaan, zal er rond de fasen een plaatselijk elastisch spanningsveld ontstaan. Wanneer de dislocatie in de matrix beweegt, moet deze de weerstand van het rekveld overwinnen, waardoor de vervormingsweerstand van de legering toeneemt en dus de treksterkte verbetert. Hoe kleiner de deeltjesgrootte van de versterkingsfase, hoe uniformer de verdeling en hoe sterker het spanningsveldeffect.
Wanneer de grootte van de versterkende fasedeeltjes een bepaald niveau bereikt (meestal 10-50 nm), kunnen de dislocaties niet door de deeltjes heen snijden en deze alleen omzeilen, waardoor er dislocatielussen rond de deeltjes achterblijven. De vorming van deze lussen vereist extra energie, wat de moeilijkheid van de dislocatiebeweging vergroot en de sterkte van de legering verder vergroot. Voor op nikkel - gebaseerde legeringen op hoge - temperatuur speelt dit mechanisme een dominante rol in het verouderingsstadium bij gemiddelde - temperatuur.
Tijdens de verouderingsbehandeling zullen sporen van carbide-elementen (zoals C) in de legering ook neerslaan langs de korrelgrenzen om fijne carbidedeeltjes te vormen (zoals TiC, NbC). Deze deeltjes kunnen de korrelgrenzen vastzetten, het verschuiven van korrelgrenzen tijdens het trekproces voorkomen en intergranulaire breuk voorkomen. Tegelijkertijd zullen sporenelementen zoals B en Zr die aan de legering worden toegevoegd, scheiden bij de korrelgrenzen, waardoor de hechtsterkte van de korrelgrenzen wordt verbeterd en indirect wordt bijgedragen aan de verbetering van de treksterkte.
Het effect van een verouderingsbehandeling op de sterkte is geen eenvoudig lineair verband, maar hangt nauw samen met de temperatuur en de houdbaarheid:
Verouderingstemperatuur: Als de temperatuur te laag is, is de diffusiesnelheid van atomen laag en is de neerslag van versterkende fasen onvoldoende, wat resulteert in een lage sterkte; als de temperatuur te hoog is, zullen de versterkende fasedeeltjes snel groeien (vergroving), zal de coherentie van het grensvlak met de matrix verloren gaan, zal het spanningsveldeffect verzwakken en zal de sterkte aanzienlijk afnemen.
Tijd vasthouden: Met de verlenging van de houdtijd neemt de neerslaghoeveelheid van de versterkingsfasen eerst toe en neigt vervolgens verzadigd te raken. Een te lange verblijftijd zal vergroving van de deeltjes veroorzaken en het versterkende effect verminderen.
Als we de Inconel 718-legering als voorbeeld nemen, is dit meestal het optimale verouderingssysteemdubbele veroudering in - fasen: verwarmen tot 720 graden gedurende 8 uur, afkoelen tot 620 graden met een snelheid van 55 graden/uur en vasthouden gedurende 8 uur. Na deze behandeling worden een groot aantal fijne fasen in de matrix neergeslagen en kan de treksterkte meer dan 1300 MPa bereiken, wat 2 à 3 keer zo groot is als die van de zo - afgeschrikte toestand.
Opgemerkt moet worden dat verouderingsversterking alleen effectief is voorprecipitatie - verhardende nikkel-- legeringenmet neerslag - vormende elementen. Voor op oplossing - verhardende legeringen op basis van nikkel - (zoals Hastelloy C276, Alloy 600) zonder Al, Ti en Nb kan de verouderingsbehandeling de versterkingsfasen niet versnellen, zodat de treksterkte ervan niet kan worden verbeterd. Bovendien zal het verouderingsproces de plasticiteit van de legering enigszins verminderen en tegelijkertijd de sterkte verbeteren. Daarom moet het verouderingssysteem worden geoptimaliseerd op basis van de daadwerkelijke toepassingsvereisten om sterkte en plasticiteit in evenwicht te brengen.
