امروزه فلزات در زندگی روزمره ما نقشی اساسی پیدا کرده اند. بسیاری از صنایعی که ما برای بقای خود به آنها وابسته هستیم از انواع گوناگونی از فلزات استفاده می کنند. فلزاتی که در این صنایع استفاده می شوند، گاه فلزات عادی هستند و عملیات ساده بر روی آنها انجام می شود. 

در مواقعی که شرایط مخرب در محیط حضور داشته باشند، از آلیاژ ها و سوپر آلیاژ ها استفاده می گردد. البته تولید سوپر آلیاژ ها بسیار گران و زمان بر است و به علاوه تعداد محدودی کشور به فناوری ساخت سوپر آلیاژ دست پیدا کرده اند. سوپر آلیاژ ها در سخت ترین شرایط قادر به ایستادگی هستند و حتی در صنایع نظامی بکار می روند، به همین دلیل فرمول ساخت اکثر آنها محرمانه است و فقط تعداد خاصی در نقاط دیگر جهان تولید می شوند. در خیلی از حوزه ها می توان از آلیاژ ها به جای سوپر آلیاژ ها استفاده نمود، در صورتی که بر روی آنها عملیات خاصی انجام شود. در اینصورت مقاومت آنها تا حد زیادی به انواع عوامل مضر و مخرب افزایش خواهد یافت. البته این عملیات را بر روی سوپر آلیاژ ها نیز انجام می دهند اما همانطور که گفتیم کار بر روی این فلزات، هم سخت و هم هزینه بر است، بنابراین تا حد امکان از آلیاژ های معمولی استفاده کرده و بر روی آنها انواع فرایند سخت کاری سطحی انجام می شود. 

به منظور سختی بخشیدن به یک فلز، عملیات سخت کاری سطحی بر روی آن انجام می دهند. سخت کاری به چند شیوه انجام شده و طرز انجام شدن هر شیوه با توجه به نوع استفاده از فلزات متفاوت است. رایج ترین شیوه های سخت کاری سطحی شامل کوئنچ کردن، نیتریده کردن، کربوره کردن و پیرسخت کاری است. روش های دیگری از جمله گرم کاری و سخت کاری نیز برای افزایش خواص مکانیکی آلیاژ ها استفاده می گردد.
در این مقاله قصد داریم تا درباره عملیات پیر سختی یا Age Hardening، توضیحاتی ارائه بدهیم و شما را با کاربرد های آن آشنا نماییم.

 پیرسخت کاری چیست؟

این فرایند نوعی عملیات حرارتی است و هدف اصلی آن افزایش استحکام فلز است که به آن رسوب سختی یا Precipitation Hardening هم گفته می شود. دلیل نام گذاری این فرایند، تشکیل لایه های محکم و مقاومی از رسوبات مواد دیگر در فلز است که از تغییر شکل های غیر عادی در ساختار کریستالی آلیاژ جلوگیری به عمل می آورد. در طی این فرایند، آلیاژ مورد نظر به مدت طولانی در دما های پایین نگه داری شده و یا به آرامی گرم می شود تا فرصت برای تشکیل رسوبات مذکور فراهم گردد. بنابراین به آن پیرسخت کاری نیز گفته می شود. 

این عملیات بر روی آلیاژ هایی که قابلیت چکش کاری داشته باشند قابل انجام است مانند آنهایی که از نیکل، منیزیم و تیتانیوم ساخته شده باشند. همچنین بر روی گونه هایی از فولاد می توان این عملیات را انجام داد. 

پیرسخت کاری چگونه انجام می شود؟ 

به منظور پیرسختی کردن، دمای آلیاژ مورد نظر تا حد زیادی بالا برده می شود که آن هم با توجه به استفاده از آلیاژ و مواد بکار برده شده در آن متفاوت است. به عنوان مثال بر روی فولاد های مارتنزیتی عملیات حرارتی در نزدیکی دمای 820 درجه سانتی گراد انجام می گردد. سپس مواد دیگر به فلز اضافه شده و باید مدتی صبر کرد تا این مواد در داخل فلز تا زمانی که از آنها اشباع گردد، پخش شوند. دلیل انجام این عمل در چنین دمای بالایی این است که در این دما، مقدار ماده ای که در فلز، نسبت به دمای اتاق حل می شود، بیشتر است. 

مرحله بعدی، ایجینگ (Aging) آلیاژ مورد نظر است. در بعضی از آلیاژ ها، با گرم نگه داشتن آنها به مدت چند ساعت و کمتر از دمای مرحله اول عمل ایجینگ بر روی آنها انجام می شود. در گروهی دیگر، ممکن است برای چند روز یا چند هفته، آنها را در دمای اتاق نگه داری نمایند. در دما های پایین تر، برای بعضی از مواد، ممکن نیست که بصورت محلول در فلز فوق اشباع شده باقی بمانند. بنابراین بصورت رسوبات جدا از فلز که یک محلول جامد می باشد، تشکیل می شوند. دمایی که در آن ایجینگ صورت می پذیرد، بر روی چگونگی انجام این ته نشینی و در نتیجه خواص مکانیکی آلیاژ مورد نظر، تأثیر دارد. 

ناخالصی های تشکیل شده در سطح آلیاژ، استحکام آن را افزایش می دهند. این ناخالصی ها جلوی حرکت نابجایی (Dislocation) های موجود در ساختار آلیاژ که از جهت گیری نادرست ذرات آلیاژ ناشی می شود را می گیرد. نابجایی ها استحکام و پایداری فلز را در برابر نیرو های خارجی را به شدت کاهش می دهند. با افزایش مقاومت فلز در برابر این عامل، در واقع مقاوم تسلیم آلیاژ و تغییر شکل دائمی آن هنگامی که تحت فشار سنگین قرار بگیرد افزایش می یابد. 

مصارف آلیاژ های پیرسخت کاری شده 

آلیاژ هایی که بدین طریق تولید می شوند، مصارف گوناگونی دارند؛ به خصوص زمانی که به سختی بالا و کارایی خوب در دمای زیاد نیاز باشد. به عنوان مثال از فولاد ماراجینگ برای ساخت قطعات موتور و همچنین تولید موشک استفاده می شود. آلیاژ های آلومینیومی که در ترکیبات آنها از فلزاتی مانند نیکل، مس و روی استفاده شده و بر روی آنها پیرسختی انجام گرفته باشد، در تولید هواپیما استفاده گسترده ای دارند. آلیاژ رن 41 (Rene 41) که یک آلیاژ پایه نیکل بوده و شامل عناصر مولیبدن، تیتانیوم، کروم و کبالت می باشد نیز در زمینه هایی که شرایط بسیار سخت حاکم هستند، مانند موتور های جت، بکار می رود.