Kaj je starostno utrjevanje?

Starostno utrjevanje je vrsta toplotne obdelave, ki se uporablja v metalurgiji za krepitev kovinskih zlitin. Imenuje se tudi precipitacijsko utrjevanje, saj krepi kovino z ustvarjanjem trdnih nečistoč ali oborin v zlitini, ki preprečujejo dislokacije v kristalni strukturi zlitine. Njegovo ime izvira iz točke v procesu utrjevanja, v katerem se kovina stara, bodisi s segrevanjem dalj časa ali s shranjevanjem pri nižji temperaturi dalj časa pred uporabo, tako da lahko nastanejo te oborine. Ta obdelava se uporablja na tempranih zlitinah, kot so tiste iz niklja, magnezija in titana, pa tudi na nekaterih vrstah jekla.

Kovina, ki je podvržena staranju, se segreje na visoko temperaturo, ki se razlikuje glede na uporabljene materiale in želene lastnosti končnega rezultata. Maraging jeklo je na primer toplotno obdelano pri približno 1510 °F (približno 820 °C). Dodamo legirne materiale in pustimo, da difundirajo skozi kovino, dokler segreta kovina ni prenasičena z njimi, kar pomeni, da je količina teh materialov, raztopljenih v kovini, višja, kot bi bila možna za trdno raztopino pri sobni temperaturi.

Nato se kovina stara. Pri nekaterih zlitinah se to naredi tako, da se kovina nekaj ur segreje pri temperaturi, ki je nižja od temperature začetne faze, vendar je še vedno veliko bolj vroča od sobne temperature. Druge zlitine se hranijo dneve ali tedne pri sobni temperaturi. Pri nižjih temperaturah ni več mogoče, da bi vsi legirni materiali ostali raztopljeni v prenasičeni kovini, zato se del obori in se loči od trdne raztopine ter postane nečistoče, ki se razširi po kovini. Temperatura, pri kateri poteka proces staranja, vpliva na to, kako pride do tega obarjanja, in tako vpliva na mehanske lastnosti nastale zlitine.

Te nečistoče, ki nastanejo s postopkom utrjevanja, krepijo kovino z motenjem gibanja kristalografskih napak, imenovanih dislokacije, ki so posledica neusklajenosti atomov, ki tvorijo kristalno strukturo kovine. Dislokacije naredijo kovino bolj ranljivo, da bi jo zunanje sile nepovratno upognile. Njihova odpornost proti dislokaciji daje starostno utrjenim zlitinam visoko trdnost tečenja in sposobnost, da se uprejo trajnim deformacijam pri močnih obremenitvah.

Zlitine, ustvarjene s postopkom staranja, imajo veliko uporab, zlasti v aplikacijah, kjer je potrebna visoka trdnost in dobra zmogljivost pri visokih temperaturah. Maraging jeklo se uporablja v delih motorjev ter pri izdelavi raket in raket. Starostno utrjene aluminijeve zlitine, izdelane s kovinami, kot so nikelj, baker in cink, so se pogosto uporabljale pri izdelavi letal. Zlitina Rene 41, izdelana iz niklja, legiranega z molibdenom, titanom, kromom in kobaltom, se uporablja v aplikacijah, ki vključujejo ekstremne obremenitve in temperature, kot so reaktivni motorji.