Stopy na bazie niklu utwardzanego wydzieleniowo - - są projektowane z pewną zawartością w swoim składzie pierwiastków tworzących wydzielenia - (takich jak Al, Ti, Nb). Proces starzenia dzieli się na dwa główne etapy:
Najpierw leczenie roztworem: Stop podgrzewa się do wysokiej temperatury (zwykle 980–1150 stopni) i utrzymuje przez pewien czas. Umożliwia to równomierne rozpuszczenie wytrąconych pierwiastków tworzących - w siatce FCC opartej na niklu -, tworząc przesycony stały roztwór. Następnie przeprowadza się szybkie chłodzenie (hartowanie wodą lub chłodzenie powietrzem) w celu powstrzymania wytrącania się drugich faz w temperaturze pokojowej, utrzymując metastabilny stan przesycony roztworu stałego.
Późniejsza kuracja postarzająca: Przesycony roztwór stały podgrzewa się do średniej temperatury (zwykle 600–850 stopni) i utrzymuje przez kilka do kilkudziesięciu godzin. W tej temperaturze rozpuszczalność pierwiastków tworzących wytrącanie się - w niklu gwałtownie maleje. Przesycone atomy (Al, Ti, Nb) będą dyfundować i agregować w matrycy oraz reagować z atomami niklu, tworzącuporządkowane fazy związków międzymetalicznych(najczęściej spotykane to faza Ni₃(Al,Ti) i faza Ni₃Nb). Fazy te są spójne lub pół{1}} spójne z granicą międzyfazową osnowy, co może utrudniać ruch dyslokacji i tym samym poprawiać wytrzymałość stopu na rozciąganie.
Poprawę wytrzymałości na rozciąganie poprzez obróbkę starzeniową osiąga się głównie poprzez następujące trzy efekty blokowania przemieszczeń -:
Parametry sieci faz „i” nieznacznie różnią się od parametrów matrycy opartej na niklu -. Kiedy te fazy wzmacniające wytrącą się w osnowie, wokół faz powstanie lokalne pole odkształcenia sprężystego. Kiedy dyslokacja przemieszcza się w osnowie, musi pokonać opór pola odkształcenia, co zwiększa odporność stopu na odkształcenia, a tym samym poprawia wytrzymałość na rozciąganie. Im mniejszy rozmiar cząstek fazy wzmacniającej, tym bardziej równomierny rozkład i silniejszy efekt pola odkształcenia.
Kiedy wielkość cząstek fazy wzmacniającej osiągnie określony poziom (zwykle 10–50 nm), dyslokacje nie mogą przebić się przez cząstki, a jedynie je ominąć, pozostawiając wokół cząstek pętle dyslokacyjne. Tworzenie tych pętli wymaga dodatkowej energii, co zwiększa trudność ruchu dyslokacyjnego i dodatkowo zwiększa wytrzymałość stopu. W przypadku wysokotemperaturowych stopów na bazie niklu - mechanizm ten odgrywa dominującą rolę na etapie starzenia w średnio- temperaturze.
Podczas obróbki starzenia śladowe ilości pierwiastków węglikowych (takich jak C) w stopie również wytrącają się wzdłuż granic ziaren, tworząc drobne cząstki węglika (takie jak TiC, NbC). Cząstki te mogą unieruchomić granice ziaren, zapobiegać przesuwaniu się granic ziaren podczas procesu rozciągania i unikać pękania międzykrystalicznego. Jednocześnie dodane do stopu pierwiastki śladowe takie jak B i Zr będą segregować na granicach ziaren, poprawiając siłę wiązania granic ziaren i pośrednio przyczyniając się do poprawy wytrzymałości na rozciąganie.
Wpływ starzenia na wytrzymałość nie jest prostą zależnością liniową, ale jest ściśle powiązany z temperaturą i czasem przetrzymywania:
Temperatura starzenia: Jeśli temperatura jest zbyt niska, szybkość dyfuzji atomów jest powolna, a wytrącanie faz wzmacniających jest niewystarczające, co skutkuje niską wytrzymałością; jeśli temperatura będzie zbyt wysoka, cząstki fazy wzmacniającej będą gwałtownie rosnąć (grubienie), nastąpi utrata spójności granicy faz z osnową, efekt pola odkształcenia osłabnie, a wytrzymałość znacznie spadnie.
Czas trzymania: Wraz z wydłużaniem czasu przetrzymywania ilość wydzieleń faz wzmacniających najpierw wzrasta, a następnie ma tendencję do nasycania. Zbyt długi czas przetrzymywania spowoduje zgrubienie cząstek i zmniejszenie efektu wzmocnienia.
Biorąc za przykład stop Inconel 718, optymalnym systemem starzenia jest zwyklepodwójne - etapy starzenia: ogrzewanie do 720 stopni przez 8 godzin, chłodzenie do 620 stopni z szybkością 55 stopni/h i utrzymywanie przez 8 godzin. Po tej obróbce w osnowie wytrąca się duża liczba drobnych faz, a jej wytrzymałość na rozciąganie może osiągnąć ponad 1300 MPa, czyli 2–3 razy więcej niż w stanie po hartowaniu.
Należy zauważyć, że wzmocnienie starzenia jest skuteczne tylko w przypadkustopy na bazie niklu utwardzane wydzieleniowo - -zawierające elementy tworzące opady -. W przypadku stopów na bazie niklu utwardzanych roztworem - (takich jak Hastelloy C276, Alloy 600) bez Al, Ti i Nb, obróbka starzeniowa nie może wytrącić faz wzmacniających, a zatem nie może poprawić ich wytrzymałości na rozciąganie. Ponadto proces starzenia nieznacznie zmniejszy plastyczność stopu, poprawiając jednocześnie wytrzymałość, dlatego system starzenia należy zoptymalizować zgodnie z rzeczywistymi wymaganiami zastosowania, aby zrównoważyć wytrzymałość i plastyczność.
