석출 - 경화 니켈 - 기반 합금은 조성에 특정 함량의 석출 - 형성 원소(예: Al, Ti, Nb)를 포함하도록 설계되었습니다. 노화 과정은 두 가지 핵심 단계로 구분됩니다.
먼저 용액 처리: 합금을 고온(보통 980~1150도)으로 가열하고 일정 기간 유지합니다. 이는 침전물 - 형성 요소가 니켈 - 기반 FCC 격자에 균일하게 용해되어 과포화 고용체를 형성할 수 있게 합니다. 그런 다음 상온에서 2차 상의 석출을 억제하기 위해 급속 냉각(수냉각 또는 공랭)을 수행하여 고용체의 준안정 과포화 상태를 유지합니다.
후속 노화 처리: 과포화 고용체를 중간 온도(보통 600~850도)로 가열하여 수~수십 시간 동안 유지합니다. 이 온도에서 니켈의 석출물 - 형성 원소의 용해도는 급격히 감소합니다. 과포화 원자(Al, Ti, Nb)는 매트릭스에서 확산되어 응집되고 니켈 원자와 반응하여 형성됩니다.정렬된 금속간 화합물 상(가장 일반적인 것은 'Ni₃(Al,Ti) 상과 '' Ni₃Nb 상입니다). 이러한 상은 매트릭스 경계면과 응집성 또는 반- 응집성을 가지며, 이는 전위의 이동을 방해하여 합금의 인장 강도를 향상시킬 수 있습니다.
시효처리에 의한 인장강도의 향상은 주로 다음의 세 가지 전위- 차단 효과를 통해 달성됩니다.
' 및 '' 상의 격자 매개변수는 니켈- 기반 매트릭스의 격자 매개변수와 약간 다릅니다. 이러한 강화 단계가 매트릭스에 침전되면 국부적인 탄성 변형 장이 단계 주위에 형성됩니다. 전위가 매트릭스에서 이동할 때 변형장의 저항을 극복해야 하며, 이는 합금의 변형 저항을 증가시켜 인장 강도를 향상시킵니다. 강화상의 입자 크기가 작을수록 분포가 더 균일해지고 변형 장 효과가 더 강해집니다.
강화상 입자의 크기가 특정 수준(보통 10~50 nm)에 도달하면 전위가 입자를 절단할 수 없고 우회만 할 수 있어 입자 주위에 전위 루프가 남습니다. 이러한 루프를 형성하려면 추가 에너지가 필요하며, 이는 전위 이동의 어려움을 증가시키고 합금의 강도를 더욱 향상시킵니다. 고온 - 니켈 - 기반 합금의 경우 이 메커니즘은 중온 - 노화 단계에서 지배적인 역할을 합니다.
시효 처리 중에 합금의 미량의 탄화물 원소(예: C)도 결정립 경계를 따라 석출되어 미세한 탄화물 입자(예: TiC, NbC)를 형성합니다. 이러한 입자는 결정립계를 고정하고 인장 과정에서 결정립계의 미끄러짐을 방지하며 입계 파괴를 방지할 수 있습니다. 동시에, 합금에 첨가된 B 및 Zr과 같은 미량 원소는 결정립계에서 편석되어 결정립계의 결합 강도를 향상시키고 간접적으로 인장 강도 향상에 기여합니다.
노화 처리가 강도에 미치는 영향은 단순한 선형 관계가 아니라 온도 및 유지 시간과 밀접한 관련이 있습니다.
숙성온도: 온도가 너무 낮으면 원자의 확산속도가 느려지고 강화상의 석출이 불충분하여 강도가 낮아지며, 온도가 너무 높으면 강화 단계 입자가 빠르게 성장하고(조화) 매트릭스와의 인터페이스 일관성이 손실되고 변형 장 효과가 약해지고 강도가 크게 감소합니다.
개최시간: 유지시간이 길어질수록 강화상의 석출량이 먼저 증가한 후 포화되는 경향을 보인다. 유지 시간이 지나치게 길면 입자가 거칠어지고 강화 효과가 감소합니다.
인코넬 718 합금을 예로 들면, 최적의 시효 시스템은 일반적으로 다음과 같습니다.이중 - 단계 노화: 720도까지 8시간 동안 가열하고, 55도/h의 속도로 620도까지 냉각하고, 8시간 동안 유지합니다. 이 처리 후에는 다수의 미세한 ''상이 매트릭스에 석출되고 인장 강도는 - 담금질 상태의 2~3배인 1300 MPa 이상에 도달할 수 있습니다.
노화 강화는 다음과 같은 경우에만 효과적이라는 점에 유의해야 합니다.석출 - 경화 니켈 - 기반 합금강수량 - 형성 요소를 포함합니다. Al, Ti 및 Nb가 없는 용액 - 경화 니켈 - 기반 합금(예: Hastelloy C276, Alloy 600)의 경우 시효 처리로 강화 단계를 침전시킬 수 없으므로 인장 강도를 향상시킬 수 없습니다. 또한 노화 공정은 강도를 향상시키면서 합금의 가소성을 약간 감소시키므로 강도와 가소성의 균형을 맞추기 위해 실제 적용 요구 사항에 따라 노화 시스템을 최적화해야 합니다.
