تم تصميم السبائك القائمة على النيكل المقسى - - مع محتوى معين من عناصر التشكيل - المكونة للترسيب (مثل Al وTi وNb) في تركيبها. تنقسم عملية الشيخوخة إلى مرحلتين أساسيتين:
علاج الحل أولا: يتم تسخين السبيكة إلى درجة حرارة عالية (عادة 980-1150 درجة) ويتم الاحتفاظ بها لفترة من الزمن. يسمح هذا لعناصر تشكيل الترسيب - بالذوبان بشكل موحد في شبكة FCC القائمة على النيكل -، مما يشكل محلولًا صلبًا مفرط التشبع. بعد ذلك، يتم تنفيذ التبريد السريع (التبريد بالماء أو تبريد الهواء) لقمع ترسيب المراحل الثانية عند درجة حرارة الغرفة، والحفاظ على الحالة المفرطة التشبع شبه المستقرة للمحلول الصلب.
علاج الشيخوخة اللاحقة: يتم تسخين المحلول الصلب المفرط التشبع إلى درجة حرارة متوسطة (عادة 600-850 درجة) ويتم الاحتفاظ به لعدة إلى عشرات الساعات. عند درجة الحرارة هذه، تنخفض قابلية ذوبان الترسيب - المكونة للعناصر في النيكل بشكل حاد. سوف تنتشر الذرات المفرطة التشبع (Al، Ti، Nb) وتتجمع في المصفوفة، وتتفاعل مع ذرات النيكل لتكوينمراحل مركب بين المعادن مرتبة(الأكثر شيوعًا هي "الطور Ni₃(Al,Ti) و" الطور Ni₃Nb). تكون هذه الأطوار متماسكة أو شبه متماسكة - مع واجهة المصفوفة، مما قد يعيق حركة الانخلاعات وبالتالي تحسين قوة الشد للسبيكة.
يتم تحقيق تحسين قوة الشد عن طريق معالجة الشيخوخة بشكل أساسي من خلال تأثيرات منع الخلع الثلاثة التالية -:
تختلف معلمات الشبكة للمرحلتين ' و '' قليلاً عن معلمات المصفوفة القائمة على النيكل -. عندما تترسب مراحل التقوية هذه في المصفوفة، سيتم تشكيل حقل انفعال مرن محلي حول المراحل. عندما يتحرك الخلع في المصفوفة، فإنه يحتاج إلى التغلب على مقاومة مجال الانفعال، مما يزيد من مقاومة التشوه للسبيكة وبالتالي تحسين قوة الشد. كلما كان حجم الجسيمات في مرحلة التقوية أصغر، كان التوزيع أكثر اتساقًا، وكان تأثير مجال الانفعال أقوى.
عندما يصل حجم جسيمات مرحلة التقوية إلى مستوى معين (عادة 10-50 نانومتر)، لا يمكن للخلع أن يقطع الجسيمات ويمكنه فقط تجاوزها، مما يترك حلقات خلع حول الجسيمات. يتطلب تكوين هذه الحلقات طاقة إضافية، مما يزيد من صعوبة حركة الخلع ويعزز قوة السبيكة. بالنسبة للسبائك ذات درجة الحرارة العالية - والنيكل -، تلعب هذه الآلية دورًا مهيمنًا في مرحلة التعتيق ذات درجة الحرارة المتوسطة -.
أثناء معالجة التعتيق، سوف تترسب أيضًا كميات ضئيلة من عناصر الكربيد (مثل C) في السبيكة على طول حدود الحبوب لتكوين جزيئات كربيد دقيقة (مثل TiC وNbC). يمكن لهذه الجسيمات تثبيت حدود الحبوب، ومنع انزلاق حدود الحبوب أثناء عملية الشد، وتجنب الكسر بين الحبيبات. وفي الوقت نفسه، فإن العناصر النزرة مثل B وZr المضافة إلى السبيكة سوف تنفصل عند حدود الحبوب، مما يحسن قوة الترابط لحدود الحبوب ويساهم بشكل غير مباشر في تحسين قوة الشد.
إن تأثير علاج الشيخوخة على القوة ليس علاقة خطية بسيطة، ولكنه يرتبط ارتباطًا وثيقًا بدرجة الحرارة وزمن التحمل:
درجة حرارة الشيخوخة: إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا، يكون معدل انتشار الذرات بطيئًا، ويكون ترسيب مراحل التقوية غير كافٍ، مما يؤدي إلى انخفاض القوة؛ إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة جدًا، فسوف تنمو جزيئات مرحلة التعزيز بسرعة (تخشن)، وسيتم فقدان تماسك الواجهة مع المصفوفة، وسيضعف تأثير مجال الانفعال، وستنخفض القوة بشكل كبير.
عقد الوقت: مع امتداد مدة الإمساك تزداد كمية الترسيب في مراحل التقوية أولاً ثم تميل إلى التشبع. سيؤدي وقت التثبيت الطويل جدًا إلى خشونة الجسيمات وتقليل تأثير التقوية.
إذا أخذنا سبيكة Inconel 718 كمثال، فإن نظام التعتيق الأمثل هو عادةمضاعفة - مرحلة الشيخوخة: تسخين إلى 720 درجة لمدة 8 ساعات، تبريد إلى 620 درجة بمعدل 55 درجة / ساعة، وعقد لمدة 8 ساعات. بعد هذه المعالجة، يتم ترسيب عدد كبير من المراحل الدقيقة في المصفوفة، ويمكن أن تصل قوة الشد إلى أكثر من 1300 ميجا باسكال، وهو ما يعادل 2-3 أضعاف قوة الحالة المخمد -.
تجدر الإشارة إلى أن تقوية الشيخوخة فعالة فقطترسيب سبائك أساسها - نيكل -.يحتوي على عناصر تشكيل الهطول -. بالنسبة للسبائك القائمة على - تقسية النيكل - (مثل Hastelloy C276، وسبائك 600) بدون Al وTi وNb، لا يمكن أن تؤدي معالجة الشيخوخة إلى تعجيل مراحل التقوية، لذلك لا يمكنها تحسين قوة الشد. بالإضافة إلى ذلك، فإن عملية التعتيق ستقلل بشكل طفيف من مرونة السبيكة مع تحسين القوة، لذلك يحتاج نظام التعتيق إلى التحسين وفقًا لمتطلبات التطبيق الفعلية لتحقيق التوازن بين القوة واللدونة.
