پیرسختی (Aging)

با توجه به کاربرد گسترده سوپرآلیاژ‌های پایه نیکل در ساخت قطعات موتورهای هوایی و پوشش پره توربین‌ های گازی به علت کارکرد دما بالای مناسب آن‌ها، خواص مکانیکی و مقاومت خزش این نوع سوپر آلیاژها در شرایط کاری از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. از جمله متغیرهای بسیار موثر بر خواص مکانیکی از جمله خواص مونوتونیک و خزشی، سرعت سرد کردن پس از عملیات انحلال است که با بهبود ویژگی‌های رسوبات این آلیاژها، خواص مکانیکی را پس از  انواع عملیات سولوشن و ایج تحت خلأ، به شدت تحت تاثیر قرار می‌دهد. عدم کنترل سرعت سرد کردن پس از عملیات انحلال، به عنوان یک عامل مخفی، می‌تواند به طور موثّری خواص خزشی را تحت تاثیر قرار دهد. سرعت سرد کردن با تاثیر بر توزیع رسوبات، چگالی و ابعاد و مورفولوژی آنها می‌تواند کیفیت فازها و در پی آن استحکام دما بالای سوپرآلیاژ و دیگرخواص آن را به شدت تحت تاثیر قرار دهد.

مراحل پیرسختی (Aging)

پیرسختی به‌طور معمول در سه مرحله اصلی انجام می‌شود:

محلول‌دهی (Solution Treatment): در این مرحله، آلیاژ در دمای بالا (معمولاً نزدیک به دمای ذوب) گرم می‌شود تا فازهای محلول تشکیل شوند. این کار باعث حل شدن رسوبات موجود و ایجاد ساختار همگن می‌شود. سپس آلیاژ سریعاً خنک می‌شود (کوارچینگ) تا عناصر در محلول جامد باقی بمانند و از تشکیل رسوبات بزرگ جلوگیری شود.

سریع سرد کردن (Quenching): آلیاژ پس از حرارت‌دهی در محلول، سریعاً سرد می‌شود. این کار معمولاً با غوطه‌ور کردن در آب یا روغن انجام می‌گیرد. هدف این است که ساختار به دست آمده از مرحله محلول‌دهی در حالت ناپایدار باقی بماند.

پیرسازی (Aging): در این مرحله، آلیاژ در دمای مشخصی (که معمولاً پایین‌تر از دمای مرحله محلول‌دهی است) نگهداری می‌شود. با این کار، رسوبات بسیار ریز در ساختار آلیاژ تشکیل می‌شوند که سختی و استحکام ماده را بهبود می‌بخشند. این مرحله می‌تواند به دو صورت انجام شود:

پیرسازی طبیعی (Natural Aging): که در دمای اتاق انجام می‌شود و زمان بیشتری طول می‌کشد.

پیرسازی مصنوعی (Artificial Aging): که در دمای بالاتر از دمای اتاق (معمولاً 100-200 درجه سانتی‌گراد) انجام می‌شود و سریع‌تر است.

هدف و مزایای پیرسختی

بهبود استحکام مکانیکی آلیاژ از اهدف اصلی پیرسختی (Aging) می باشد.این روش سبب افزایش مقاومت ماده در برابر تغییر شکل و تحمل بارهای بیشتر میشود.همچنین،در بسیاری از موارد افزایش سختی میتواند به کاهش چقرمگی (توانایی ماده برای جذب انرژی قبل از شکست) و کاهش داکتیلیته (نرمی و کشش‌پذیری) منجر شود. بنابراین، باید یک تعادل مناسب بین این خواص مکانیکی حفظ گردد.

نتیجه‌گیری

پیرسختی یک روش موثر برای بهبود خواص مکانیکی آلیاژها است و در بسیاری از صنایع مانند خودروسازی، هوافضا و ابزارآلات به کار می‌رود. این روش به مواد اجازه می‌دهد تا با افزایش سختی و استحکام، عملکرد بهتری داشته باشند.