Precipitation - härdande nickel --baserade legeringar är utformade med ett visst innehåll av precipitation - bildande element (som Al, Ti, Nb) i sin sammansättning. Åldringsprocessen är uppdelad i två kärnsteg:
Lösningsbehandling först: Legeringen värms upp till en hög temperatur (vanligtvis 980–1150 grader) och hålls under en viss tid. Detta gör att de precipitations---bildande elementen kan lösas likformigt i det nickel---baserade FCC-gittret, vilket bildar en övermättad fast lösning. Därefter utförs snabb kylning (vattenkylning eller luftkylning) för att undertrycka utfällningen av andra faser vid rumstemperatur, vilket bibehåller det metastabila övermättade tillståndet för den fasta lösningen.
Efterföljande åldringsbehandling: Den övermättade fasta lösningen värms till medeltemperatur (vanligtvis 600–850 grader) och hålls i flera till dussintals timmar. Vid denna temperatur minskar lösligheten av utfällning - som bildar grundämnen i nickel kraftigt. De övermättade atomerna (Al, Ti, Nb) kommer att diffundera och aggregeras i matrisen och reagera med nickelatomer för att bildabeordrade intermetalliska sammansatta faser(de vanligaste är 'fas Ni3(Al,Ti) och''fas Ni3Nb). Dessa faser är koherenta eller semi - koherenta med matrisgränssnittet, vilket kan hindra rörelsen av dislokationer och därmed förbättra legeringens draghållfasthet.
Förbättringen av draghållfastheten genom åldringsbehandling uppnås huvudsakligen genom följande tre dislokationsblockerande --effekter:
Gitterparametrarna för ' och '' faser skiljer sig något från dem för den nickel --baserade matrisen. När dessa förstärkningsfaser fälls ut i matrisen kommer ett lokalt elastiskt töjningsfält att bildas runt faserna. När dislokationen rör sig i matrisen måste den övervinna motståndet i töjningsfältet, vilket ökar deformationsmotståndet hos legeringen och därmed förbättrar draghållfastheten. Ju mindre partikelstorleken för förstärkningsfasen är, desto jämnare är fördelningen och desto starkare blir töjningsfälteffekten.
När storleken på förstärkningsfaspartiklarna når en viss nivå (vanligtvis 10–50 nm), kan dislokationerna inte skära igenom partiklarna och kan bara kringgå dem och lämna dislokationsslingor runt partiklarna. Bildandet av dessa slingor kräver ytterligare energi, vilket ökar svårigheten med dislokationsrörelse och ytterligare förbättrar legeringens styrka. För hög - temperatur nickel - baserade legeringar spelar denna mekanism en dominerande roll i medeltemperaturen - åldringsstadiet.
Under åldringsbehandling kommer spårmängder av karbidelement (såsom C) i legeringen också att fällas ut längs korngränserna för att bilda fina karbidpartiklar (såsom TiC, NbC). Dessa partiklar kan stifta korngränserna, förhindra att korngränserna glider under dragprocessen och undvika intergranulär fraktur. Samtidigt kommer spårämnen som B och Zr tillsatta till legeringen att separera vid korngränserna, vilket förbättrar bindningsstyrkan hos korngränserna och bidrar indirekt till förbättringen av draghållfastheten.
Effekten av åldringsbehandling på styrka är inte ett enkelt linjärt samband, utan är nära relaterat till temperatur och hålltid:
Åldringstemperatur: Om temperaturen är för låg, är diffusionshastigheten för atomer långsam, och utfällningen av förstärkningsfaser är otillräcklig, vilket resulterar i låg hållfasthet; om temperaturen är för hög kommer förstärkningsfaspartiklarna att växa snabbt (förgrova), gränssnittskoherensen med matrisen kommer att gå förlorad, töjningsfälteffekten försvagas och styrkan minskar avsevärt.
Hålltid: Med förlängningen av hålltiden ökar nederbördsmängden av förstärkningsfaser först och tenderar sedan att bli mättad. Alltför lång hålltid kommer att orsaka förgrovning av partiklar och minska den förstärkande effekten.
Med Inconel 718-legering som ett exempel är det optimala åldringssystemet vanligtvisdubbel - åldrande: uppvärmning till 720 grader i 8 timmar, kylning till 620 grader med en hastighet av 55 grader /h, och håll i 8 timmar. Efter denna behandling fälls ett stort antal fina ''-faser ut i matrisen, och dess draghållfasthet kan nå mer än 1300 MPa, vilket är 2–3 gånger det av det som - släckt tillstånd.
Det bör noteras att åldringsstärkande endast är effektivt förprecipitation - härdande nickel --baserade legeringarinnehåller nederbörd - bildande element. För lösnings---härdande nickel---baserade legeringar (som Hastelloy C276, Alloy 600) utan Al, Ti och Nb kan åldringsbehandling inte fälla ut förstärkningsfaser, så det kan inte förbättra deras draghållfasthet. Dessutom kommer åldringsprocessen att minska legeringens plasticitet något samtidigt som den förbättrar styrkan, så åldringssystemet måste optimeras enligt de faktiska applikationskraven för att balansera styrka och plasticitet.
