آلیاژهای مبتنی بر نیکل سختکننده بارش - با محتوای مشخصی از عناصر تشکیلدهنده بارش (مانند Al، Ti، Nb) در ترکیب خود طراحی میشوند. روند پیری به دو مرحله اصلی تقسیم می شود:
ابتدا راه حل درمان: آلیاژ تا دمای بالا (معمولاً 980 تا 1150 درجه) گرم می شود و برای مدتی نگه داشته می شود. این اجازه می دهد تا عناصر تشکیل دهنده بارش به طور یکنواخت در شبکه FCC مبتنی بر نیکل - حل شوند و یک محلول جامد فوق اشباع را تشکیل دهند. سپس، خنکسازی سریع (کوئنچ آب یا خنککننده هوا) برای سرکوب بارش فازهای دوم در دمای اتاق انجام میشود و حالت فوقاشباع ناپایدار محلول جامد حفظ میشود.
درمان بعدی پیریمحلول جامد فوق اشباع تا دمای متوسط (معمولاً 600 تا 850 درجه) حرارت داده می شود و برای چندین تا ده ها ساعت نگه داشته می شود. در این دما، حلالیت عناصر تشکیلدهنده بارش در نیکل به شدت کاهش مییابد. اتم های فوق اشباع (Al, Ti, Nb) در ماتریس پخش و جمع می شوند و با اتم های نیکل واکنش می دهند تا تشکیل شوند.مراحل ترکیب بین فلزی را مرتب کرد(متداول ترین آنها فاز Ni3 (Al,Ti) و فاز Ni3Nb هستند). این فازها منسجم یا نیمه - با رابط ماتریس هستند که می تواند مانع حرکت نابجایی ها شود و در نتیجه استحکام کششی آلیاژ را بهبود بخشد.
بهبود استحکام کششی با درمان پیری عمدتاً از طریق سه اثر مسدودکننده - دررفتگی زیر حاصل میشود:
پارامترهای شبکه فازهای 'و' کمی با پارامترهای ماتریس مبتنی بر نیکل - متفاوت است. هنگامی که این فازهای تقویتی در ماتریس رسوب می کنند، یک میدان کرنش الاستیک موضعی در اطراف فازها تشکیل می شود. هنگامی که نابجایی در ماتریس حرکت می کند، باید بر مقاومت میدان کرنش غلبه کند، که مقاومت تغییر شکل آلیاژ را افزایش می دهد و در نتیجه استحکام کششی را بهبود می بخشد. هرچه اندازه ذرات فاز تقویتی کوچکتر باشد، توزیع یکنواخت تر و اثر میدان کرنش قوی تر است.
هنگامی که اندازه ذرات فاز تقویت کننده به یک سطح معین می رسد (معمولاً 50-10 نانومتر)، نابجایی ها نمی توانند ذرات را برش دهند و فقط می توانند آنها را دور بزنند و حلقه های دررفتگی در اطراف ذرات باقی می مانند. تشکیل این حلقه ها نیاز به انرژی اضافی دارد که باعث افزایش سختی حرکت دررفتگی و افزایش بیشتر استحکام آلیاژ می شود. برای آلیاژهای مبتنی بر نیکل با دمای بالا -، این مکانیسم نقش غالب در مرحله پیری دمای متوسط - دارد.
در طول عملیات پیری، مقادیر کمی از عناصر کاربید (مانند C) در آلیاژ نیز در امتداد مرزهای دانه رسوب میکنند تا ذرات کاربید ریز (مانند TiC، NbC) را تشکیل دهند. این ذرات می توانند مرزهای دانه را سنجاق کنند، از لغزش مرزهای دانه در طول فرآیند کششی جلوگیری کنند و از شکستگی بین دانه ای جلوگیری کنند. در عین حال، عناصر کمیاب مانند B و Zr اضافه شده به آلیاژ در مرزهای دانه جدا می شوند و استحکام پیوند مرز دانه را بهبود می بخشند و به طور غیرمستقیم به بهبود استحکام کششی کمک می کنند.
تأثیر درمان پیری بر قدرت یک رابطه خطی ساده نیست، بلکه ارتباط نزدیکی با دما و زمان نگهداری دارد:
دمای پیری: اگر دما خیلی کم باشد، سرعت انتشار اتم ها کند است و بارش فازهای تقویت کننده کافی نیست و در نتیجه استحکام پایینی ایجاد می شود. اگر دما خیلی بالا باشد، ذرات فاز تقویتی به سرعت رشد می کنند (درشت شدن)، انسجام سطح مشترک با ماتریس از بین می رود، اثر میدان کرنش ضعیف می شود و قدرت به طور قابل توجهی کاهش می یابد.
زمان برگزاری: با افزایش زمان نگهداری، میزان بارش فازهای تقویتی ابتدا افزایش یافته و سپس به سمت اشباع شدن گرایش پیدا می کند. زمان نگهداری بیش از حد طولانی باعث درشت شدن ذرات و کاهش اثر تقویتی می شود.
با در نظر گرفتن آلیاژ Inconel 718 به عنوان مثال، سیستم پیری بهینه معمولاً استدو مرحله - پیری: گرمایش تا 720 درجه به مدت 8 ساعت، سرمایش تا 620 درجه با سرعت 55 درجه در ساعت و نگهداری به مدت 8 ساعت. پس از این عملیات، تعداد زیادی فاز ریز در ماتریس رسوب میکند و استحکام کششی آن میتواند به بیش از 1300 مگاپاسکال برسد، که 2 تا 3 برابر حالت خاموش شده - است.
لازم به ذکر است که تقویت پیری فقط برایآلیاژهای مبتنی بر نیکل - سخت شدن -حاوی عناصر تشکیل دهنده بارش -. برای آلیاژهای مبتنی بر نیکل سختکننده محلول - (مانند Hastelloy C276، آلیاژ 600) بدون Al، Ti و Nb، عملیات پیری نمیتواند فازهای تقویتی را تسریع کند، بنابراین نمیتواند استحکام کششی آنها را بهبود بخشد. علاوه بر این، روند پیری در حالی که استحکام را بهبود می بخشد، انعطاف پذیری آلیاژ را کمی کاهش می دهد، بنابراین سیستم پیرسازی باید مطابق با الزامات کاربردی واقعی بهینه شود تا استحکام و انعطاف پذیری متعادل شود.
