Mitä on ikäkarkaisu?

Ikäkarkaisu on eräänlainen lämpökäsittely, jota käytetään metallurgiassa metalliseosten vahvistamiseksi. Sitä kutsutaan myös saostumiskarkaistuksi, koska se vahvistaa metallia luomalla seokseen kiinteitä epäpuhtauksia tai saostumia, jotka estävät dislokaatioita seoksen kiteisessä rakenteessa. Sen nimi tulee kovettumisprosessin kohdasta, jossa metallia vanhennetaan joko lämmittämällä sitä pitkään tai säilyttämällä sitä alhaisemmassa lämpötilassa pitkään ennen käyttöä, jotta nämä saostumat voivat muodostua. Tätä käsittelyä käytetään tempermetalliseoksissa, kuten nikkelistä, magnesiumista ja titaanista valmistetuissa seoksissa, sekä tietyntyyppisissä teräksissä.

Ikääntyvä metalli kuumennetaan korkeaan lämpötilaan, joka vaihtelee käytettyjen materiaalien ja lopputuloksen haluttujen ominaisuuksien mukaan. Esimerkiksi martenssiteräs lämpökäsitellään noin noin 1510 ° C: ssa. Seostavia materiaaleja lisätään ja niiden annetaan diffundoitua metallin läpi, kunnes kuumennettu metalli on ylikyllästetty niillä, mikä tarkoittaa, että näiden materiaalien määrä liukenee metalliin on suurempi kuin olisi mahdollista kiinteälle liuokselle huoneenlämpötilassa.

Seuraavaksi metalli vanhentuu. Joissakin seoksissa tämä tehdään pitämällä metalli lämmitettynä useita tunteja alkufaasin alemmassa lämpötilassa, mutta silti paljon kuumempaa kuin huoneenlämpötila. Muut seokset säilytetään päiviä tai viikkoja huoneenlämmössä. Alemmissa lämpötiloissa ei ole enää mahdollista, että kaikki seosaineet jäävät liukeneviksi ylikyllästettyyn metalliin, joten osa siitä saostuu ja erottuu kiinteästä liuoksesta, jolloin epäpuhtaudet leviävät koko metalliin. Lämpötila, jossa ikääntymisprosessi tapahtuu, vaikuttaa siihen, miten tämä saostuminen tapahtuu, ja siten vaikuttaa tuloksena olevan seoksen mekaanisiin ominaisuuksiin.

Nämä kovettumisprosessin luomat epäpuhtaudet vahvistavat metallia häiritsemällä dislokaatioiksi kutsuttujen kristallografisten vikojen liikettä, jotka johtuvat metallin kiteisen rakenteen muodostavien atomien epätasaisuuksista. Dislokaatiot tekevät metallista alttiimman ulkopuolisten voimien peruuttamattomalle taipumiselle. Niiden dislokaatiokestävyys antaa ikääntyneille seoksille korkean myötölujuuden ja kyvyn kestää pysyviä muodonmuutoksia kovassa rasituksessa.

Ikäkarkaisuprosessilla luoduilla seoksilla on monia käyttötarkoituksia, erityisesti sovelluksissa, joissa vaaditaan suurta lujuutta ja hyvää suorituskykyä korkeissa lämpötiloissa. Martenssiterästä käytetään moottorin osissa sekä ohjusten ja rakettien rakentamisessa. Lentokoneiden rakentamisessa on usein käytetty ikääntynyttä alumiiniseosta, joka on valmistettu metalleista, kuten nikkelistä, kuparista ja sinkistä. Seosta Rene 41, joka on valmistettu nikkelistä, joka on seostettu molybdeenin, titaanin, kromin ja koboltin kanssa, käytetään sovelluksissa, joissa esiintyy äärimmäistä rasitusta ja lämpötilaa, kuten suihkumoottoreissa.