Mis on vanuseline kõvenemine?

Vananemisega karastamine on kuumtöötlus, mida kasutatakse metallurgias metallisulamite tugevdamiseks. Seda nimetatakse ka sademekarastamiseks, kuna see tugevdab metalli, tekitades sulamis tahkeid lisandeid ehk sadet, mis hoiab ära sulami kristallistruktuuri nihestused. Selle nimi pärineb kivistumisprotsessi punktist, mille käigus metalli vanandatakse, kas seda pikema aja jooksul kuumutades või enne kasutamist pikemat aega madalamal temperatuuril hoides, et tekiks sade. Seda töötlust kasutatakse tempermalmist sulamitel, näiteks niklist, magneesiumist ja titaanist valmistatud sulamitel, aga ka teatud tüüpi terastel.

Vananemiskarastav metall kuumutatakse kõrge temperatuurini, mis varieerub sõltuvalt kasutatavatest materjalidest ja lõpptulemuse soovitud omadustest. Näiteks martensiitterast kuumtöödeldakse temperatuuril umbes 1510 °F (umbes 820 °C). Lisatakse legeermaterjale ja lastakse läbi metalli difundeeruda, kuni kuumutatud metall on nendega üleküllastunud, mis tähendab, et metallis lahustunud nende materjalide kogus on suurem, kui oleks võimalik toatemperatuuril tahke lahuse puhul.

Järgmisena vanandatakse metalli. Mõnedes sulamites hoitakse metalli mitu tundi kuumutatuna algfaasi temperatuurist madalamal, kuid siiski toatemperatuurist palju kuumemal temperatuuril. Muid sulameid hoitakse päevi või nädalaid toatemperatuuril. Madalamatel temperatuuridel ei ole enam võimalik, et kõik legeermaterjalid jääksid üleküllastunud metallis lahustuma, mistõttu osa neist sadestub ja eraldub tahkest lahusest, muutudes kogu metallis levivateks lisanditeks. Temperatuur, mille juures vananemisprotsess toimub, mõjutab sademete tekkimist ja seega ka saadud sulami mehaanilisi omadusi.

Need kõvenemisprotsessis tekkivad lisandid tugevdavad metalli, segades kristallograafiliste defektide liikumist, mida nimetatakse dislokatsioonideks, mis tulenevad metalli kristallilise struktuuri moodustavate aatomite valest asetusest. Nihestused muudavad metalli välisjõudude poolt pöördumatu painutamise suhtes haavatavamaks. Nende vastupidavus dislokatsioonile annab vananenud karastatud sulamitele kõrge voolavuspiiri ja vastupidavuse püsivale deformatsioonile tugeva koormuse korral.

Vananemiskõvenemisprotsessiga loodud sulamitel on palju kasutusalasid, eriti rakendustes, kus on vaja suurt tugevust ja head jõudlust kõrgetel temperatuuridel. Martensiitterast kasutatakse mootoriosades ning rakettide ja rakettide ehitamisel. Lennukite ehitamisel on sageli kasutatud vananevalt karastatud alumiiniumsulameid, mis on valmistatud sellistest metallidest nagu nikkel, vask ja tsink. Molübdeeni, titaani, kroomi ja koobaltiga legeeritud niklist valmistatud sulamit Rene 41 kasutatakse äärmusliku pinge ja temperatuuriga rakendustes, näiteks reaktiivmootorites.