Oplosgloeien en verouderen: Nikkellegeringen

Oplosgloeien is het verwarmen van een legering tot een bepaalde temperatuur, het lang genoeg op deze temperatuur houden om één of meer bestanddelen in vaste oplossing te brengen en het dan zo snel afkoelen dat deze bestanddelen opgelost blijven. Daaropvolgende precipitatiewarmtebehandelingen zorgen voor de gecontroleerde uitscheiding van deze bestanddelen, hetzij natuurlijk (op kamertemperatuur) of kunstmatig (op hogere temperaturen).

Voordelen

Er zijn veel nikkel giet- en kneedlegeringen waarvan de sommige eigenschappen kunnen worden aangepast aan het gebruiksdoel, door oplosgloeien en verouderen (precipitatieharding). Hieraan wordt vaak gebruik gemaakt bij de aanpassing van mechanische sterkte, corrosiebestendigheid en oxidatiebestendigheid bij kamertemperatuur en/of bij verhoogde temperatuur.

Applicaties en materialen

De eigenschappen van hardbare nikkellegeringen kunnen worden verbeterd door de juiste keuze van bepaalde warmtebehandelingparameters. Zowel alleen oplosgloeien als oplosgloeien gevolgd door precipitatieharden worden vaak gebruikt bij nikkellegeringen.

Oplosgloeien

• Tijdens productieprocessen worden de meeste materialen koudverstevigd waardoor de mogelijkheid tot verdere verwerken beperkt wordt. Door oplosgloeien gedurende het proces (spanningsarm gloeien) vermindert de koudversteviging, zodat verdere verwerking mogelijk wordt.
• Productieprocessen, zoals solderen, lassen of coating kunnen een ongewenste invloed hebben op de materiaaleigenschappen. Dit kan worden hersteld door oplosgloeien voordat de verdere latere verwerking gestart wordt.
• Productieprocessen kunnen leiden tot een voortijdig begin van de veroudering (precipitatieharding). Ook dat kan worden hersteld via een nieuwe oplosgloeibehandeling vóór verdere verwerking.
• Veel nikkellegeringen krijgen hun gewenste eigenschappen uitsluitend door oplosgloeien. Ze worden beschouwd als oplossingshardende legeringen. Voorbeelden hiervan zijn Hastelloy X, INCO 625 en HA 230.

Precipitatieharding

• Om het materiaal de uiteindelijke, voor het gebruiksdoel noodzakelijke gewenste materiaaleigenschappen te geven, moet het materiaal (giet- of kneedlegering) langdurig worden onderworpen aan een warmtebehandelingscyclus op lagere temperatuur (precipitatie). Door deze precipitatie krijgt het materiaal de bedoelde legeringspecifieke microstructuur.
• Deze stap wordt normaal gesproken uitgevoerd aan, of tegen het einde van het productieproces, vanwege de aanzienlijke verhoging van de hardheid en een voorspelbare maatverandering (krimp)  waarmee rekening moet worden gehouden. Bewerkingskosten nemen enorm toen als machinale bewerking nodig is na het verouderen (harding).
• Typische voorbeelden van materialen zijn: INCO 718, INCO 738, Mar-M-247, Waspaloy en C263.

Procesdetails

• Oplosgloeien wordt gewoonlijk in vacuüm uitgevoerd op een temperatuur van 980-1350°C, gevolgd door snel, geforceerd afkoelen met inert gas tot kamertemperatuur. Veel materialen hebben specifieke koelsnelheden die aangehouden moeten worden om ervoor te zorgen dat de juiste metallurgische microstructuur wordt bereikt in het eindproduct.
• De precipitatieharding wordt uitgevoerd op een temperatuur tussen 535 en 1140°C, onder inerte atmosfeer of lucht. De houdtijden variëren van 2 uur tot meer dan 40 uur, afhankelijk van het materiaal en de gespecificeerde metallurgische microstructuur. Ook kunnen meerdere stappen (met afnemende temperaturen bij elke stap) nodig zijn om de uiteindelijke gewenste resultaten te bereiken.
• Toepasbare industriële specificaties zijn onder andere SAE AMS 2773 en AMS 2774.