Przesycanie i starzenie: Stopy niklu

Także w stopach metali nieżelaznych, jakim są stopy na bazie niklu, utwardzanie wydzieleniowe znalazło swoje zastosowanie. Niekiedy zabieg ten potrafi niemal dwukrotnie podnieść wytrzymałość na rozciąganie takiego stopu. Dobrym przykładem mogą być stopy niklu z miedzią nazywane powszechnie „monelami”. Wprowadzenie do moneli odpowiednio dobranych ilości Al i  Ti pozwala na utwardzenie wydzieleniowe stopu koherentnymi cząstkami/fazami międzymetalicznymi g’ (Ni₃Al, Ni₃Ti).

Korzyści

Istnieje wiele odlewanych i przerabianych plastycznie stopów na bazie niklu, których różne pożądane właściwości można poprawić za pomocą procesów przesycania lub przesycania i starzenia (utwardzania wydzieleniowego). Takie charakterystyki, jak wytrzymałość mechaniczna w temperaturze pokojowej i/lub podwyższonej, odporność na korozję i odporność na utlenianie, zazwyczaj są poprawiane za pomocą właśnie tych rodzajów obróbki cieplnej.

Aplikacje i materiały

Właściwości obrabianych cieplnie stopów na bazie niklu można poprawiać za pomocą doboru odpowiednich parametrów obróbki cieplnej. Dla stopów na bazie niklu często stosuje się samo przesycanie lub przesycanie, a następnie starzenie (utwardzanie wydzieleniowe).

Przesycanie

• Niekiedy podczas obróbki plastycznej w czasie produkcji materiał można umocnić (np.: umocnienie przez zgniot), ograniczając możliwość dalszej przeróbki materiału. Zastosowany tutaj zabieg przesycania może osłabić ten stan umocnienia, umożliwiając dalszą obróbkę. Poprawniej jednak jest mówić o zabiegu wyżarzania międzyoperacyjnego prowadzącego do zrekrystalizowanej struktury w materiale.
• Procesy technologiczne, takie jak lutowanie twarde, spawanie lub powlekanie, mogą mieć niepożądany wpływ na właściwości materiału, co można odwrócić za pomocą przesycania przed przystąpieniem do dalszej obróbki.
• Procesy technologiczne mogą powodować przedwczesne rozpoczęcie procesu końcowego starzenia i  utwardzanie wydzieleniowe, co można odwrócić za pomocą ponownego przesycenia przed dalszą obróbką.
  Wiele stopów na bazie niklu może uzyskać żądane właściwości tylko za pomocą procesu przesycania. Mówimy wtedy o tak zwanym umocnieniu roztworowym gdzie rozpuszczone pierwiastki tworzą z osnową roztwór stały a umocnienie jest wynikiem niedopasowania pomiędzy atomami pierwiastka rozpuszczonego i atomami rozpuszczalnika. Jako przykład można podać Hastelloy X, INCO 625 i HA 230.

Przesycanie i starzenie (utwardzanie wydzieleniowe)

• Uzyskanie końcowych właściwości materiału wymaganych do spełnienia specyficznych dla części kryteriów projektowych zazwyczaj wymaga, aby materiał (odlewany/przerabiany plastycznie) został poddany długiemu cyklowi obróbki cieplnej w niższej temperaturze w celu wytworzenia specyficznej dla stopu mikrostruktury w skutek starzeniowego utwardzania wydzieleniowego.
• Zazwyczaj ten krok jest wykonywany na końcu lub w pobliżu końca procesu produkcyjnego, ponieważ proces obróbki cieplnej powoduje znaczny wzrost twardości materiału oraz występujący przewidywalny zakres zmian wymiarowych (np.: kurczenie), co należy uwzględnić. Koszty wykańczającej obróbki skrawaniem mogą znacznie wzrosnąć, jeśli będzie wymagana obróbka skrawaniem po utwardzaniu wydzieleniowym.
• Typowymi przykładami materiałów są: INCO 718, INCO 738, Mar-M-247, Waspaloy i C263.

Dane procesowe

• Przesycanie można wykonywać w próżni w zakresie temperatur od 982 do 1343°C,po którym następuje szybkie chłodzenie gazem z wymuszonym obiegiem do temperatury pokojowej. Wiele materiałów ma specyficzne szybkości chłodzenia, których należy przestrzegać, aby zapewnić uzyskanie prawidłowej mikrostruktury w produkcie końcowym.
• Starzenie jest zazwyczaj wykonywane w zakresie temperatur od 538 do 1138°C w próżni, w atmosferze obojętnej lub powietrzu, przy czym jego czas waha się od 2 godzin do 40+ godzin w zależności od gatunku materiału i określonej mikrostruktury. Do osiągnięcia żądanych wyników końcowych może być konieczne wykonanie również wielu etapów starzenia z zastosowaniem różnych prędkości chłodzenia ( np.: zmniejszając temperatury w każdym kroku).
• Do mających zastosowanie specyfikacji przemysłowych należą SAE AMS 2773 i AMS 2774.