Утаяване - втвърдяващите се никелови - сплави са проектирани с определено съдържание на утаяване - образуващи елементи (като Al, Ti, Nb) в техния състав. Процесът на стареене е разделен на два основни етапа:
Първо лечение с разтвор: Сплавта се нагрява до висока температура (обикновено 980–1150 градуса) и се държи за определен период от време. Това позволява на елементите, образуващи утаяване -, да се разтворят равномерно в FCC решетката на базата на никел -, образувайки свръхнаситен твърд разтвор. След това се извършва бързо охлаждане (закаляване с вода или въздушно охлаждане), за да се потисне утаяването на вторите фази при стайна температура, като се поддържа метастабилното пренаситено състояние на твърдия разтвор.
Последващо лечение на стареене: Пренаситеният твърд разтвор се нагрява до средна температура (обикновено 600–850 градуса) и се държи от няколко до десетки часа. При тази температура разтворимостта на образуващите утаяване - елементи в никела рязко намалява. Свръхнаситените атоми (Al, Ti, Nb) ще дифундират и ще се агрегират в матрицата и ще реагират с никелови атоми, за да образуватподредени фази на интерметални съединения(най-често срещаните са 'фаза Ni3(Al,Ti) и 'фаза Ni3Nb). Тези фази са кохерентни или полу{1}} кохерентни с интерфейса на матрицата, което може да възпрепятства движението на дислокациите и по този начин да подобри якостта на опън на сплавта.
Подобряването на якостта на опън чрез обработка със стареене се постига главно чрез следните три ефекта на блокиране на дислокациите -:
Параметрите на решетката на ' и ' фазите са малко по-различни от тези на никелова - матрица. Когато тези укрепващи фази се утаят в матрицата, около фазите ще се образува локално еластично поле на напрежение. Когато дислокацията се движи в матрицата, тя трябва да преодолее съпротивлението на полето на деформация, което увеличава устойчивостта на деформация на сплавта и по този начин подобрява якостта на опън. Колкото по-малък е размерът на частиците на укрепващата фаза, толкова по-равномерно е разпределението и толкова по-силен е ефектът на полето на деформация.
Когато размерът на частиците на укрепващата фаза достигне определено ниво (обикновено 10–50 nm), дислокациите не могат да пробият частиците и могат само да ги заобиколят, оставяйки дислокационни бримки около частиците. Образуването на тези бримки изисква допълнителна енергия, което увеличава трудността на движението на дислокацията и допълнително повишава здравината на сплавта. За високотемпературни сплави на базата на никел -, този механизъм играе доминираща роля в етапа на стареене при средна - температура.
По време на обработката със стареене следи от карбидни елементи (като C) в сплавта също ще се утаят по границите на зърната, за да образуват фини карбидни частици (като TiC, NbC). Тези частици могат да закрепят границите на зърната, да предотвратят плъзгането на границите на зърната по време на процеса на опън и да избегнат междузърнести фрактури. В същото време микроелементи като B и Zr, добавени към сплавта, ще се отделят по границите на зърната, подобрявайки якостта на свързване на границите на зърната и индиректно допринасяйки за подобряване на якостта на опън.
Ефектът от лечението със стареене върху силата не е проста линейна зависимост, а е тясно свързан с температурата и времето на задържане:
Температура на стареене: Ако температурата е твърде ниска, скоростта на дифузия на атомите е бавна и утаяването на укрепващите фази е недостатъчно, което води до ниска якост; ако температурата е твърде висока, частиците на укрепващата фаза ще растат бързо (загрубяване), кохерентността на интерфейса с матрицата ще се загуби, ефектът на полето на деформация ще отслабне и якостта ще намалее значително.
Време на задържане: С удължаване на времето на задържане, количеството на утаяването на фазите на укрепване първо се увеличава и след това има тенденция към насищане. Прекалено дългото време на задържане ще доведе до огрубяване на частиците и ще намали укрепващия ефект.
Като вземем за пример сплавта Inconel 718, оптималната система за стареене обикновено едвойно - етапно стареене: нагряване до 720 градуса за 8 часа, охлаждане до 620 градуса със скорост 55 градуса / час и задържане за 8 часа. След тази обработка голям брой фини '' фази се утаяват в матрицата и нейната якост на опън може да достигне повече от 1300 MPa, което е 2-3 пъти по-голямо от това в - закалено състояние.
Трябва да се отбележи, че укрепването на стареенето е ефективно само заутаяване - втвърдяващи се сплави на основата на никел -съдържащ валеж - образуващи елементи. За разтворени - втвърдяващи се сплави на основата на никел - (като Hastelloy C276, Alloy 600) без Al, Ti и Nb, обработката със стареене не може да предизвика фази на укрепване, така че не може да подобри тяхната якост на опън. В допълнение, процесът на стареене леко ще намали пластичността на сплавта, като същевременно подобри здравината, така че системата за стареене трябва да бъде оптимизирана според действителните изисквания на приложението, за да се балансират здравината и пластичността.
