Les alliages à base de nickel à durcissement par précipitation - - sont conçus avec une certaine teneur en éléments formant une précipitation - (tels que Al, Ti, Nb) dans leur composition. Le processus de vieillissement est divisé en deux étapes principales :
Traitement en solution d'abord: L'alliage est chauffé à une température élevée (généralement entre 980 et 1 150 degrés) et maintenu pendant un certain temps. Cela permet aux éléments formant la précipitation - de se dissoudre uniformément dans le réseau FCC à base de nickel -, formant ainsi une solution solide sursaturée. Ensuite, un refroidissement rapide (trempe à l'eau ou refroidissement à l'air) est effectué pour supprimer la précipitation des secondes phases à température ambiante, maintenant ainsi l'état sursaturé métastable de la solution solide.
Traitement du vieillissement ultérieur: La solution solide sursaturée est chauffée à une température moyenne (généralement entre 600 et 850 degrés) et maintenue pendant plusieurs à plusieurs dizaines d'heures. A cette température, la solubilité des éléments formant précipitation - dans le nickel diminue fortement. Les atomes sursaturés (Al, Ti, Nb) vont diffuser et s'agréger dans la matrice, et réagir avec les atomes de nickel pour formerphases composées intermétalliques ordonnées(les plus courantes sont la « phase Ni₃(Al,Ti) et la « phase Ni₃Nb). Ces phases sont cohérentes ou semi - cohérentes avec l'interface matricielle, ce qui peut gêner le mouvement des dislocations et ainsi améliorer la résistance à la traction de l'alliage.
L'amélioration de la résistance à la traction par le traitement de vieillissement est principalement obtenue grâce aux trois effets de blocage des luxations - :
Les paramètres de réseau des phases ' et '' sont légèrement différents de ceux de la matrice à base de nickel -. Lorsque ces phases de renforcement précipitent dans la matrice, un champ de déformation élastique local va se former autour des phases. Lorsque la dislocation se déplace dans la matrice, elle doit vaincre la résistance du champ de déformation, ce qui augmente la résistance à la déformation de l'alliage et améliore ainsi la résistance à la traction. Plus la taille des particules de la phase de renforcement est petite, plus la distribution est uniforme et plus l'effet de champ de déformation est fort.
Lorsque la taille des particules de la phase de renforcement atteint un certain niveau (généralement 10 à 50 nm), les dislocations ne peuvent pas traverser les particules et ne peuvent que les contourner, laissant des boucles de dislocation autour des particules. La formation de ces boucles nécessite une énergie supplémentaire, ce qui augmente la difficulté du mouvement des dislocations et améliore encore la résistance de l'alliage. Pour les alliages à base de nickel - à haute température -, ce mécanisme joue un rôle dominant dans l'étape de vieillissement à température moyenne -.
Pendant le traitement de vieillissement, des traces d'éléments carbure (tels que C) dans l'alliage précipiteront également le long des joints de grains pour former de fines particules de carbure (telles que TiC, NbC). Ces particules peuvent fixer les joints de grains, empêcher le glissement des joints de grains pendant le processus de traction et éviter la fracture intergranulaire. Dans le même temps, les oligo-éléments tels que B et Zr ajoutés à l'alliage se ségrégeront au niveau des joints de grains, améliorant ainsi la force de liaison des joints de grains et contribuant indirectement à l'amélioration de la résistance à la traction.
L’effet du traitement de vieillissement sur la résistance n’est pas une simple relation linéaire, mais est étroitement lié à la température et au temps de maintien :
Température de vieillissement: Si la température est trop basse, la vitesse de diffusion des atomes est lente et la précipitation des phases de renforcement est insuffisante, ce qui entraîne une faible résistance ; si la température est trop élevée, les particules de la phase de renforcement vont croître rapidement (grossissement), la cohérence de l'interface avec la matrice sera perdue, l'effet du champ de déformation s'affaiblira et la résistance diminuera considérablement.
Temps de maintien: Avec l'allongement du temps de maintien, la quantité de précipitation des phases de renforcement augmente d'abord puis tend à être saturée. Un temps de maintien trop long entraînera un grossissement des particules et réduira l'effet de renforcement.
En prenant l'alliage Inconel 718 comme exemple, le système de vieillissement optimal est généralementvieillissement en double - étape: chauffage à 720 degrés pendant 8 h, refroidissement à 620 degrés à une vitesse de 55 degrés/h et maintien pendant 8 h. Après ce traitement, un grand nombre de phases fines sont précipitées dans la matrice et sa résistance à la traction peut atteindre plus de 1 300 MPa, soit 2 à 3 fois celle de l'état trempé -.
Il est à noter que le renforcement du vieillissement n'est efficace que pourprécipitation - durcissement des alliages à base de nickel -contenant des éléments formant des précipitations -. Pour les alliages à base de nickel - durcissant en solution (tels que l'Hastelloy C276, l'alliage 600) sans Al, Ti et Nb, le traitement de vieillissement ne peut pas précipiter les phases de renforcement, il ne peut donc pas améliorer leur résistance à la traction. De plus, le processus de vieillissement réduira légèrement la plasticité de l'alliage tout en améliorant la résistance, de sorte que le système de vieillissement doit être optimisé en fonction des exigences réelles de l'application pour équilibrer la résistance et la plasticité.
