Çöktürme - sertleştirici nikel - bazlı alaşımlar, bileşimlerinde belirli miktarda çökeltme - oluşturan elementler (Al, Ti, Nb gibi) bulunacak şekilde tasarlanmıştır. Yaşlanma süreci iki temel aşamaya ayrılır:
Önce çözüm tedavisi: Alaşım yüksek bir sıcaklığa (genellikle 980–1150 derece) ısıtılır ve bir süre tutulur. Bu, çökelti - oluşturan elementlerin nikel - bazlı FCC kafesi içinde düzgün bir şekilde çözünmesine ve aşırı doymuş bir katı çözelti oluşturmasına olanak tanır. Daha sonra, katı çözeltinin yarı kararlı aşırı doygun durumunu koruyarak ikinci fazların oda sıcaklığında çökelmesini baskılamak için hızlı soğutma (suyla söndürme veya havayla soğutma) gerçekleştirilir.
Daha sonraki yaşlanma tedavisi: Aşırı doymuş katı çözelti, orta sıcaklığa (genellikle 600-850 derece) ısıtılır ve birkaç ila düzinelerce saat boyunca tutulur. Bu sıcaklıkta nikeldeki - çökelti oluşturan elementlerin çözünürlüğü keskin bir şekilde azalır. Aşırı doymuş atomlar (Al, Ti, Nb) matriste difüze olacak ve toplanacak ve nikel atomlarıyla reaksiyona girereksıralı intermetalik bileşik fazlar(en yaygın olanları 'faz Ni₃(Al,Ti) ve '' fazı Ni₃Nb'dir). Bu fazlar matris arayüzü ile tutarlı veya yarı - tutarlıdır, bu da dislokasyonların hareketini engelleyebilir ve böylece alaşımın gerilme mukavemetini artırabilir.
Yaşlandırma işlemiyle gerilme mukavemetinin iyileştirilmesi esas olarak aşağıdaki üç dislokasyon - engelleme etkisi yoluyla elde edilir:
' ve '' fazlarının kafes parametreleri nikel - bazlı matrisinkinden biraz farklıdır. Bu güçlendirme aşamaları matriste çöktüğünde, fazlar çevresinde yerel bir elastik gerinim alanı oluşacaktır. Dislokasyon matriste hareket ettiğinde, gerinim alanının direncinin üstesinden gelmesi gerekir, bu da alaşımın deformasyon direncini artırır ve böylece çekme mukavemetini artırır. Güçlendirme fazının parçacık boyutu ne kadar küçük olursa, dağılım o kadar düzgün olur ve gerinim alanı etkisi o kadar güçlü olur.
Güçlendirme fazı parçacıklarının boyutu belirli bir seviyeye ulaştığında (genellikle 10-50 nm), dislokasyonlar parçacıkları kesemez ve yalnızca onları atlayarak parçacıkların etrafında dislokasyon döngüleri bırakır. Bu döngülerin oluşumu, dislokasyon hareketinin zorluğunu artıran ve alaşımın mukavemetini daha da artıran ek enerji gerektirir. Yüksek - sıcaklıkta nikel - bazlı alaşımlar için bu mekanizma, orta - sıcaklıkta yaşlandırma aşamasında baskın bir rol oynar.
Yaşlandırma işlemi sırasında, alaşımdaki eser miktardaki karbür elementler (C gibi) ayrıca tane sınırları boyunca çökelerek ince karbür parçacıkları (TiC, NbC gibi) oluşturur. Bu parçacıklar tane sınırlarını sabitleyebilir, çekme işlemi sırasında tane sınırlarının kaymasını önleyebilir ve tanecikler arası kırılmayı önleyebilir. Aynı zamanda alaşıma eklenen B ve Zr gibi eser elementler tane sınırlarında ayrışarak tane sınırlarının bağlanma mukavemetini artıracak ve dolaylı olarak çekme mukavemetinin artmasına katkıda bulunacaktır.
Yaşlandırma işleminin mukavemet üzerindeki etkisi basit bir doğrusal ilişki olmayıp, sıcaklık ve bekletme süresi ile yakından ilişkilidir:
Yaşlanma sıcaklığı: Sıcaklık çok düşükse, atomların difüzyon hızı yavaşlar ve güçlendirme fazlarının çökelmesi yetersiz olur, bu da düşük mukavemetle sonuçlanır; sıcaklık çok yüksekse, güçlendirme fazı parçacıkları hızla büyüyecek (kabalaşacak), matris ile ara yüzey tutarlılığı kaybolacak, gerinim alanı etkisi zayıflayacak ve mukavemet önemli ölçüde azalacaktır.
Tutma süresi: Bekletme süresinin uzamasıyla birlikte güçlendirme fazlarının çökelme miktarı önce artar, sonra doyma eğilimine girer. Aşırı uzun bekletme süresi partikül irileşmesine neden olacak ve güçlendirme etkisini azaltacaktır.
Örnek olarak Inconel 718 alaşımını ele alırsak, en uygun yaşlandırma sistemi genellikleçift - aşamalı yaşlanma: 8 saat boyunca 720 dereceye kadar ısıtma, 55 derece/saatlik bir hızla 620 dereceye kadar soğutma ve 8 saat boyunca tutma. Bu işlemden sonra matriste çok sayıda ince '' faz çökelir ve gerilme mukavemeti, as - söndürülmüş durumunun 2-3 katı olan 1300 MPa'nın üzerine çıkabilir.
Yaşlanmayı güçlendirmenin yalnızca aşağıdaki durumlarda etkili olduğu unutulmamalıdır:çökeltme - sertleştirici nikel - bazlı alaşımlaryağış - oluşturan elementleri içerir. Al, Ti ve Nb içermeyen çözelti - sertleştirici nikel - bazlı alaşımlar (Hastelloy C276, Alloy 600 gibi) için, yaşlandırma işlemi güçlendirme aşamalarını hızlandıramaz, dolayısıyla gerilme mukavemetlerini iyileştiremez. Ek olarak, yaşlanma süreci, mukavemeti arttırırken alaşımın plastisitesini de bir miktar azaltacaktır, bu nedenle, mukavemet ve plastisiteyi dengelemek için eskitme sisteminin gerçek uygulama gereksinimlerine göre optimize edilmesi gerekmektedir.
