نوار شیشه خورپیر سختی آلومینیوم
پیرسختی یک نوع عملیات حرارتی است که برای افزایش تنش تسلیم (استحکام) مواد چکش خوار مانند بسیاری از آلیاژهای آلومینیوم، منیزیم، نیکل، تیتانیوم و بعضی از فولادها و فولاد ضد زنگ استفاده می‌شود.
در روش رسوب سختی موانع بصورت طبیعی و در اثر عملیات حرارتی در آلیاژها ایجاد می‌شود. این روش مهمترین عملیات استحکام دهی در آلیاژهای غیر آهنی محسوب می‌شود.
در طی این فرایند عملیات حرارتی، رسوب سخت به صورت ریز و یکنواخت در فاز نرم زمینه پراکنده شده و منجر به افزایش استحکام آلیاژ می‌شود. مهمترین شرط لازم برای اینکه فرایند پیر سختی در یک آلیاژ انجام شود، حلالیت محدود رسوب یا فاز ثانویه سخت در زمینه آلیاژ و کاهش این حلالیت جامد با کاهش دما است.
عملیات رسوب سختی به تغییرات در حلالیت جامد با دما برای تولید ذرات ریز یک فاز ناخالص وابسته است که مانع حرکت نابجایی‌ها یا نقص در شبکه بلوری می‌شود و این به سخت شدن ماده کمک می‌کند. این رسوبات همان نقشی را بازی می‌کنند که رسوبات در مواد کامپوزیتی تقویت شده با رسوب بازی می‌کنند.
رسوب سازی در جامد می‌تواند رسوباتی با اندازه‌های مختلف ایجاد کند که اساساً خواص مختلفی خواهند داشت. برخلاف عملیات تمپر کردن معمولی، آلیاژها باید در دمای بالا برای ساعت‌ها نگهداری شوند تا به رسوبات اجازه رشد داده شود. به این بازه زمانی پیرسازی گفتی می‌شود. افزایش دما به دلیل وابستگی نمایی نفوذ به دما، رسوب دهی را تقویت می‌کند. نفوذ بسیار کم (پیر سازی کم) باعث کوچک بودن ذرات برای جلوگیری از حرکت نابجایی‌ها می‌شود و نفوذ خیلی زیاد (پیرسازی زیاد) باعث بزرگ شدن بیش از حد آنها و پراکنده شدن آنها و کاهش کارایی آنها برای جلوگیری از حرکت نابجایی‌ها می‌شود. توجه داشته باشید که دو گونه مختلف عملیات رسوب دهی می‌تواند باعث تغییر استحکام ماده شود: عملیات محلول جامد و عملیات رسوب سختی. استحکام بخشی توسط محلول جامد شامل ساختار تک فازی محلول جامد به همراه عملیات کوئنچ می‌باشد اما عملیات رسوب سختی شامل یک فاز ثانویه است که باعث افزایش استحکام ماده می‌شود. مطلب اصلی این مقاله استحکام بخشی به وسیله عملیات حرارتی رسوب سختی است.
مراحل پیرسختی
برای نشان دادن مراحل پیرسختی از آلیاژ Al-Cu به عنوان مثال استفاده شده است. در سیستم Al-Cu حلالیت جامد مس در زمینه آلومینیومی محدود بوده و از حداکثر ۶۵/۵٪ وزنی آلیاژ در دمای ۵۴۸ درجه سانتی گراد، با کاهش دما کاهش یافته و به حدود ۱/۰٪ وزنی آلیاژ در دمای اتاق می‌رسد؛ بنابراین آلیاژی که درصد وزنی مس در آن کمتر از ۶۵/۵٪ وزنی آلیاژ است برای پیر سختی مناسب می‌باشد.
عملیات پیرسختی در ۳ مرحله انجام می‌شود که به ترتیب زیر می‌باشد:
مرحله اول – عملیات محلول سازی : در این مرحله آلیاژ تا دمایی بالاتر از خط انحلال حرارت داده می‌شود و تا زمان معینی که تمام رسوبات سخت θ در زمینه نرم α حل گردد و محلول جامد α به وجود آید در آن دمای T نگهداری می‌کنند. در عملیات محلول سازی هیچگونه ذوبی نباید انجام شود، زیرا منجر به از دست رفتن خواص مکانیکی آلیاژ می‌شود.
مرحله دوم – سرد کردن سریع : بعد از عملیات محلول سازی، تنها فاز α در ساختار آلیاژ وجود دارد. با سرد شدن سریع، اتم‌ها فرصت کافی برای نفوذ به مکان‌های مناسب را برای هسته‌زایی نداشته و در نتیجه فاز θ توانایی تشکیل و رسوب در زمینه را نخواهد داشت. در این حالت ساختار و ترکیب شیمیایی در دمای پس از سرد کردن به صورت محلول جامد فوق اشباع α یعنی αss خواهد بود.
مرحله سوم – تشکیل رسوب و پیرسازی : در این مرحله محلول جامد فوق اشباع در دمایی بسیار پایین‌تر از دمای انحلال حرارت داده و زمان می‌دهیم تا عناصر محلول اضافی به مکان‌های جوانه زنی که همان عیوب شبکه مانند نابجایی، جاهای خالی و سایر عیوب شبکه‌ای مانند مرزدانه و … هستند نفوذ کرده و رسوباتی تشکیل دهند. با گذشت زمان رسوبات رشد نموده و فازهای نیمه پایدار GP به رسوبات پایدار تعادلی θ که بطور یکنواخت روی سطح پراکنده شده، تبدیل می‌شود. به طور کلی هدف از پیر سختی ایجاد رسوبات پراکنده، سخت و ریز در یک شبکه نرم است.