Indurimento da precipitazione
L'indurimento per precipitazione, o invecchiamento, è un processo di trattamento termico che aumenta il limite di snervamento dei materiali malleabili. Consiste nel riscaldare una lega per dissolvere gli elementi soluti (soluzionizzazione), raffreddare rapidamente (tempra) per intrappolarli in una soluzione solida sovrasatura e quindi invecchiare a una temperatura inferiore per consentire la formazione di particelle fini di una seconda fase (precipitati), che ostacolano il movimento delle dislocazioni.
La scoperta dell'indurimento per precipitazione da parte di Alfred Wilm fu casuale. Mentre studiava una lega di alluminio contenente rame, magnesio e manganese (in seguito chiamata Duralluminio), notò che la sua durezza aumentava nel giro di diversi giorni dopo la tempra, anche a temperatura ambiente. Questo fenomeno è ora compreso come un processo in tre fasi. In primo luogo, nel trattamento di soluzione, la lega viene riscaldata a una temperatura sufficientemente elevata da sciogliere tutti gli atomi di soluto in una soluzione solida monofasica. In secondo luogo, la lega viene temprata rapidamente in un mezzo come l'acqua, che congela gli atomi in posizione, creando una soluzione solida sovrasatura. Questo stato è termodinamicamente instabile. In terzo luogo, durante l'invecchiamento (a temperatura ambiente o a temperatura elevata), gli atomi di soluto sovrasaturi diffondono e si raggruppano per formare particelle estremamente piccole e coerenti di una nuova fase chiamata precipitato.
These precipitates act as powerful obstacles to the movement of dislocations, which are the primary carriers of plastic deformation in crystalline materials. The effectiveness of the strengthening depends on the size, shape, and distribution of these precipitates. Initially, as precipitates form and grow, the strength increases. However, if the aging process continues for too long (over-aging), the precipitates become too large and lose coherency with the matrix, allowing dislocations to bypass them more easily, which leads to a decrease in strength. This process allows for the precise tailoring of an alloy’s mechanical properties.
UNESCO Nomenclature: 3308
– Metallurgia
Interruzione
Rivoluzionario
Precursori
- scoperta delle dislocazioni nei cristalli da parte di Vito Volterra e altri
- comprensione della diffusione allo stato solido e dell'equazione di Arrhenius
- sviluppo di forni per trattamento termico controllato
- tecniche metallografiche per l'osservazione delle microstrutture, introdotte da Henry Clifton Sorby
Applicazioni
- leghe di alluminio ad alta resistenza (ad esempio, 2024, 7075) per strutture aeronautiche
- acciai Maraging per utensili, involucri di razzi e carrelli di atterraggio
- superleghe a base di nichel (ad esempio, inconel 718) per pale di turbine di motori a reazione
- leghe di rame-berillio per utensili antiscintilla e molle ad alte prestazioni
- acciai inossidabili specializzati (ad esempio, 17-4ph)
Idee e potenziali innovazioni
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Related to: precipitation hardening, age hardening, heat treatment, yield strength, dislocation, precipitate, duralumin, superalloy, metallurgy, strengthening mechanism.