Le durcissement par vieillissement est un type de traitement thermique utilisé en métallurgie pour renforcer les alliages métalliques. Il est également appelé durcissement par précipitation, car il renforce le métal en créant des impuretés solides, ou précipités, dans l’alliage qui empêche les dislocations dans la structure cristalline de l’alliage. Son nom vient du point du processus de durcissement au cours duquel le métal est vieilli, soit en le chauffant pendant une période prolongée, soit en le maintenant stocké à une température plus basse pendant une période prolongée avant utilisation afin que ces précipités puissent se former. Ce traitement est utilisé sur les alliages malléables, tels que ceux fabriqués à partir de nickel, de magnésium et de titane, ainsi que certains types d’acier.
Le métal en cours de durcissement est chauffé à une température élevée, qui varie selon les matériaux utilisés et les propriétés souhaitées du résultat final. Par exemple, l’acier maraging est traité thermiquement à environ 1510°F (environ 820°C). Des matériaux d’alliage sont ajoutés et autorisés à diffuser à travers le métal jusqu’à ce que le métal chauffé en soit sursaturé, ce qui signifie que la quantité de ces matériaux dissous dans le métal est supérieure à ce qui serait possible pour une solution solide à température ambiante.
Ensuite, le métal est vieilli. Dans certains alliages, cela se fait en maintenant le métal chauffé pendant plusieurs heures à une température inférieure à celle de la phase initiale mais toujours beaucoup plus chaude que la température ambiante. D’autres alliages sont stockés pendant des jours ou des semaines à température ambiante. À des températures plus basses, il n’est plus possible que tous les matériaux d’alliage restent dissous dans le métal sursaturé, et ainsi une partie subit une précipitation et se sépare de la solution solide, devenant des impuretés réparties dans tout le métal. La température à laquelle le processus de vieillissement se produit affecte la façon dont cette précipitation se produit et influence ainsi les propriétés mécaniques de l’alliage résultant.
Ces impuretés créées par le processus de durcissement renforcent le métal en interférant avec le mouvement des défauts cristallographiques appelés dislocations, qui résultent de désalignements dans les atomes qui forment la structure cristalline du métal. Les dislocations rendent le métal plus susceptible d’être plié de manière irréversible par des forces extérieures. Leur résistance à la dislocation confère aux alliages durcis par vieillissement une limite d’élasticité élevée et la capacité de résister à une déformation permanente lorsqu’ils sont soumis à de fortes contraintes.
Les alliages créés par le processus de durcissement par vieillissement ont de nombreuses utilisations, en particulier dans les applications où une résistance élevée et de bonnes performances à haute température sont nécessaires. L’acier maraging est utilisé dans les pièces de moteur et dans la construction de missiles et de roquettes. Les alliages d’aluminium durcis au vieillissement fabriqués avec des métaux tels que le nickel, le cuivre et le zinc ont fréquemment été utilisés dans la construction d’avions. L’alliage Rene 41, composé de nickel allié à du molybdène, du titane, du chrome et du cobalt, est utilisé dans des applications impliquant des contraintes et des températures extrêmes, telles que les moteurs à réaction.