Precipitačný - tvrditeľný nikel - zliatiny sú navrhnuté s určitým obsahom precipitačných - prvkov (ako Al, Ti, Nb) vo svojom zložení. Proces starnutia je rozdelený do dvoch základných etáp:
Najprv liečba roztokom: Zliatina sa zahrieva na vysokú teplotu (zvyčajne 980–1150 stupňov) a určitý čas sa udržiava. To umožňuje, aby sa prvky tvoriace precipitáciu - rovnomerne rozpustili v mriežke FCC na báze niklu -, čím sa vytvoril presýtený tuhý roztok. Potom sa uskutoční rýchle ochladenie (vodné ochladzovanie alebo ochladzovanie vzduchom), aby sa potlačila precipitácia druhých fáz pri teplote miestnosti, pričom sa udržiava metastabilný presýtený stav tuhého roztoku.
Následná liečba starnutia: Presýtený tuhý roztok sa zahreje na strednú teplotu (zvyčajne 600–850 stupňov) a udržiava sa niekoľko až desiatky hodín. Pri tejto teplote sa rozpustnosť precipitačných - tvoriacich prvkov v nikle prudko znižuje. Presýtené atómy (Al, Ti, Nb) budú difundovať a agregovať v matrici a reagovať s atómami niklu za vznikuusporiadané intermetalické zložené fázy(najbežnejšie sú „fáza Ni3(Al,Ti) a „fáza Ni₃Nb). Tieto fázy sú koherentné alebo semi - koherentné s rozhraním matrice, čo môže brániť pohybu dislokácií a tým zlepšiť pevnosť v ťahu zliatiny.
Zlepšenie pevnosti v ťahu ošetrením starnutím sa dosahuje najmä prostredníctvom nasledujúcich troch blokujúcich účinkov dislokácie -:
Parametre mriežky fáz ' a '' sa mierne líšia od parametrov matice na báze niklu -. Keď sa tieto spevňovacie fázy vyzrážajú v matrici, okolo fáz sa vytvorí lokálne elastické deformačné pole. Keď sa dislokácia pohybuje v matrici, potrebuje prekonať odpor deformačného poľa, čím sa zvýši deformačný odpor zliatiny a tým sa zlepší pevnosť v ťahu. Čím menšia je veľkosť častíc zosilňovacej fázy, tým rovnomernejšia je distribúcia a tým silnejší je efekt deformačného poľa.
Keď veľkosť častíc zosilňujúcej fázy dosiahne určitú úroveň (zvyčajne 10–50 nm), dislokácie nemôžu prerezať častice a môžu ich iba obísť, pričom okolo častíc zanechajú dislokačné slučky. Vytvorenie týchto slučiek vyžaduje dodatočnú energiu, čo zvyšuje obtiažnosť pohybu dislokácie a ďalej zvyšuje pevnosť zliatiny. V prípade zliatin na báze niklu - pri vysokej teplote - hrá tento mechanizmus dominantnú úlohu v štádiu starnutia pri strednej teplote -.
Počas spracovania starnutím sa stopové množstvá karbidových prvkov (ako je C) v zliatine tiež vyzrážajú pozdĺž hraníc zŕn za vzniku jemných karbidových častíc (ako je TiC, NbC). Tieto častice môžu prilepiť hranice zŕn, zabrániť posúvaniu hraníc zŕn počas ťahového procesu a zabrániť medzikryštalickému lomu. Súčasne sa stopové prvky ako B a Zr pridané do zliatiny budú segregovať na hraniciach zŕn, čím sa zlepší pevnosť spojenia hraníc zŕn a nepriamo prispejú k zlepšeniu pevnosti v ťahu.
Vplyv starnutia na pevnosť nie je jednoduchý lineárny vzťah, ale úzko súvisí s teplotou a dobou výdrže:
Teplota starnutia: Ak je teplota príliš nízka, rýchlosť difúzie atómov je pomalá a precipitácia spevňujúcich fáz je nedostatočná, čo vedie k nízkej pevnosti; ak je teplota príliš vysoká, častice spevňovacej fázy budú rýchlo rásť (hrubnutie), stratí sa súdržnosť rozhrania s matricou, oslabí sa efekt deformačného poľa a výrazne sa zníži pevnosť.
Čas držania: S predlžujúcou sa dobou zdržania sa najprv zvyšuje zrážacie množstvo spevňujúcich fáz a potom má tendenciu byť nasýtené. Príliš dlhý čas držania spôsobí zhrubnutie častíc a zníži účinok spevnenia.
Ak vezmeme ako príklad zliatinu Inconel 718, optimálny systém starnutia je zvyčajnedvojstupňové starnutie -: zahrievanie na 720 stupňov počas 8 hodín, ochladzovanie na 620 stupňov rýchlosťou 55 stupňov/h a udržiavanie počas 8 hodín. Po tomto spracovaní sa v matrici vyzráža veľké množstvo jemných '' fáz a jej pevnosť v ťahu môže dosiahnuť viac ako 1300 MPa, čo je 2 až 3-krát viac ako v stave po ochladení -.
Treba poznamenať, že posilňovanie starnutia je účinné len preprecipitácia - vytvrdzovanie zliatin na báze niklu -obsahujúce zrážacie - tvoriace prvky. V prípade zliatin na báze niklu - tvrditeľných v roztoku - (ako je Hastelloy C276, Alloy 600) bez Al, Ti a Nb, úprava starnutím nemôže vyvolať fázy spevňovania, takže nemôže zlepšiť ich pevnosť v ťahu. Okrem toho proces starnutia mierne zníži plasticitu zliatiny a zároveň zlepší pevnosť, takže systém starnutia je potrebné optimalizovať podľa skutočných požiadaviek aplikácie, aby sa vyrovnala pevnosť a plasticita.
