1. Introducción
Níquel (símbolo químico es, número atómico 28) es dúctil, metal de transición de color blanco plateado perteneciente al grupo 10 de la tabla periódica.
Datos termodinámicos autorizados del NIST y la Royal Society of Chemistry confirman que el níquel puro tiene un punto de fusión estándar de 1455 °C (2651 °F, 1728 k).
El metal elemental tiene un único punto de fusión en términos prácticos., pero las aleaciones a base de níquel generalmente se funden en un rango porque la aleación cambia las temperaturas del sólido y del líquido..
El comportamiento de fusión del níquel es una de las razones por las que se utiliza tanto en productos resistentes a la corrosión y al calor..
El níquel comercial y las aleaciones a base de níquel se encuentran en equipos de procesamiento químico., intercambiadores de calor, hardware del horno, servicio marino, y piezas estructurales de alta temperatura, donde la estabilidad térmica y la solidificación controlada son tan importantes como la resistencia.
2. El punto de fusión del níquel puro
Para el metal elemental, El níquel generalmente se trata como un material de un solo punto de fusión en lugar de una aleación de amplio rango.
Los valores publicados de diferentes fuentes técnicas son extremadamente cercanos., que es lo que los ingenieros quieren de un metal de referencia: un número estable que se puede utilizar con confianza en el diseño de procesos.
Valores representativos del níquel puro
| Material | Comportamiento de fusión | Significado de ingeniería |
| Níquel puro | 1453–1455 ° C / 2647–2651°F / 1726–1728 mil | El níquel elemental es esencialmente un metal que se funde bruscamente en el uso práctico.. |
La pequeña diferencia entre 1453°C y 1455°C es normal para los datos de fusión publicados.
Refleja diferencias en pureza., método de medición, y convenciones de redondeo en lugar de cualquier cambio significativo en el metal mismo.
Para fines de ingeniería, El níquel puro debe tratarse como un metal con un punto de fusión de aproximadamente 1455°C.
3. Aleaciones de níquel y rangos de fusión
Las aleaciones a base de níquel no se comportan como el níquel puro..
Una vez que se agregan otros elementos, la aleación generalmente desarrolla una solidus y líquido, entonces el metal comienza a fundirse a una temperatura y termina de fundirse a una más alta.
Es por eso que las hojas de datos de aleaciones informan un rango de fusión en lugar de un solo punto.
| Grado de níquel / aleación | rango de fusión °C | rango de fusión °F | rango de fusión K |
| Níquel 200 / Níquel 201 | 1435–1445°C | 2610–2630°F | 1708.15–1718,15 mil |
| Aleación de Monel 400 | 1300–1350 ° C | 2370–2460°F | 1573.15–1623,15 mil |
| Aleación INCONEL 600 | 1354–1413°C | 2470–2580°F | 1627.15–1686,15 mil |
| Aleación VDM 601 | 1330–1370°C | 2426–2498°F | 1603.15–1643,15 mil |
| HAYNES / INCONEL 617 | 1330–1375°C | 2430–2510°F | 1603.15–1648,15 mil |
| Aleación INCONEL 625 | 1290–1350 ° C | 2350–2460°F | 1563.15–1623,15 mil |
| Aleación INCONEL 718 | 1260–1336°C | 2300–2437°F | 1533.15–1609,15 mil |
| HASTELLOY C-276 | 1323–1371°C | 2415–2500°F | 1596.15–1644,15 mil |
| Aleación VDM 690 | 1390–1410°C | 2534–2570°F | 1663.15–1683,15 mil |
4. Factores que influyen en el comportamiento de fusión del níquel
Pureza
La pureza es el primer y más importante factor..
El níquel puro muestra una única, punto de fusión claramente definido, mientras que los grados comercialmente puros como el níquel 200/201 muestran un rango de fusión estrecho porque incluso las pequeñas diferencias de composición son importantes.
Cuanto más cerca esté el material del níquel elemental, cuanto más se acerca a una transición de un punto.
Adiciones de aleación
La aleación es la razón principal por la que los materiales de níquel desarrollan rangos de fusión.
Adiciones de cobre, cromo, hierro, cobalto, molibdeno, y otros elementos alteran la estabilidad de la fase y cambian las temperaturas de solidus y liquidus.
Por eso Monel 400, Inconel 600, y ATI 617 cada uno tiene un intervalo de fusión diferente a pesar de que todos son materiales a base de níquel.
Forma y especificación del producto.
Los productos comerciales de níquel pueden suministrarse con valores publicados ligeramente diferentes según la forma del producto y la hoja de datos del proveedor..
Esto no significa que el comportamiento fundamental del metal haya cambiado.; significa que el rango informado refleja la calificación exacta, impurezas menores, y condición del producto.
Para ingenieros de procesos, Esto es un recordatorio para usar la hoja de datos del proveedor para el calor o lote específico en lugar de depender de un valor genérico de níquel..
Contexto del proceso térmico
El comportamiento de fusión del níquel siempre debe interpretarse en contexto. Un horno de fundición, un ciclo de soldadura fuerte, y un proceso de soldadura no utilizan el mismo objetivo térmico.
El rango de fusión determina cuánto espacio térmico tiene el operador antes de que el metal se ablande., comienza a fluir, o pierde forma.
En aleaciones de alta temperatura a base de níquel., esa ventana es una parte central de la lógica del diseño, no es una ocurrencia tardía.
5. Físico & Cambios químicos durante la fusión del níquel
Comportamiento de oxidación
El níquel fundido es muy activo químicamente. Arriba 1000 °C, El níquel reacciona rápidamente con el oxígeno para generar óxido de níquel. (NiO).
Sin protección de gas inerte, una densa película de óxido oscuro cubre la superficie del líquido, aumento de los defectos de inclusión de escoria de fundición.
La fundición industrial de níquel debe adoptar protección de argón o fundición al vacío para aislar el oxígeno..
Solubilidad de elementos gaseosos
El níquel fundido tiene una fuerte solubilidad en hidrógeno y nitrógeno.. La solubilidad del gas alcanza su punto máximo cerca del punto de fusión.; El exceso de gas disuelto forma porosidad estenopeica después de la solidificación..
El tratamiento de desgasificación es obligatorio para las piezas fundidas de níquel de alta pureza.
Transición magnética
El níquel posee ferromagnetismo a temperatura ambiente.. Su temperatura Curie es 358 °C; por encima de esta temperatura crítica, El níquel pierde magnetismo permanentemente hasta que se enfría..
La desaparición magnética durante la fusión facilita la agitación electromagnética en hornos de fundición.
6. Cómo probar el punto de fusión del níquel?
Calorimetría diferencial de barrido y análisis térmico diferencial.
Para determinación a escala de laboratorio, DSC y DTA son las herramientas estándar de análisis térmico para determinar las temperaturas de fusión y cristalización de materiales puros..
ASTM E794 establece que este método de prueba describe la determinación de las temperaturas de fusión y cristalización mediante calorimetría diferencial de barrido y análisis térmico diferencial., y que el método es útil para el control de calidad., aceptación de especificaciones, e investigacion.
En la práctica, La calibración se realiza utilizando estándares de referencia conocidos., y los metales puros se utilizan comúnmente como materiales de calibración..
La temperatura de fusión generalmente se toma de la inicio extrapolado de la transición, mientras la muestra está completamente derretida en el pico.
Esto hace que el DSC sea especialmente útil para el níquel cuando se necesita un valor de laboratorio preciso..
Pirometría óptica
Para condiciones industriales muy calurosas, pirometría óptica Es un método práctico sin contacto porque mide la radiación térmica del objeto caliente en lugar de requerir contacto físico..
Eso lo hace valioso para las observaciones de hornos., manipulación de masa fundida, y otras comprobaciones de procesos a alta temperatura donde los sensores de contacto pueden no ser prácticos.
Comparación práctica de métodos.
| Método | El mejor uso | Fortaleza | Limitación |
| DSC / DTA | Determinación en laboratorio de las temperaturas de fusión y cristalización. | Bueno para mediciones controladas y análisis basados en calibración | Requiere muestras pequeñas y condiciones de prueba controladas.. |
| Pirometría óptica | Medición de temperatura de hornos y procesos. | Sin contacto y apto para superficies muy calientes. | Mide la temperatura radiativa en el camino de visualización., entonces la configuración y la emisividad son importantes. |
7. Aplicaciones industriales del control del rango de fusión del níquel
Fundición de precisión
En fundición de precisión, El rango de fusión determina cuánto espacio térmico debe proporcionar el horno y con qué cuidado se debe manejar la masa fundida antes de verterla..
El níquel puro y las aleaciones a base de níquel se utilizan en los componentes de los hornos., recipientes de procesamiento químico, intercambiadores, piezas aeroespaciales de alta temperatura, reactores nucleares, y turbinas, lo que significa que la ruta de fundición tiene que soportar altas temperaturas y requisitos de servicio agresivos..
Para fundiciones de aleaciones, El punto importante no es el único punto de fusión sino el ventana sólido-líquido.
Una aleación a base de níquel puede comenzar a congelarse mientras parte del metal aún está líquido., por lo que la práctica de fundición debe tener en cuenta la alimentación, contracción, y control de solidificación en toda la gama.
Esta es una inferencia de ingeniería a partir de los intervalos de fusión publicados de aleaciones a base de níquel..
Soldadura
Los materiales a base de níquel se sueldan ampliamente porque pueden unirse mediante procesos de soldadura convencionales y conservar un rendimiento útil en entornos exigentes..
Aleación INCONEL 600 Se describe como fácilmente unible mediante procesos de soldadura convencionales., y el fabricante enumera materiales de soldadura específicos para arco metálico protegido., arco de tungsteno gaseoso, y unión gas-metal-arco.
Aleación de monel. 400 También se describe como fácilmente unido mediante procesos convencionales..
Para soldar, El control del rango de fusión es importante porque el metal base no debe sobrecalentarse más allá de la zona de fusión prevista..
Las aleaciones de níquel a menudo se seleccionan precisamente porque sus intervalos de fusión, fortaleza, y la respuesta térmica puede respaldar la unión controlada en aplicaciones de servicio crítico.
Esto es especialmente importante cuando la pieza soldada debe permanecer dimensionalmente estable y resistente a la corrosión después de la fabricación..
Tratamiento térmico
El tratamiento térmico es otra área donde es importante el control del rango de fusión., porque el operador debe permanecer de manera segura por debajo de cualquier condición de fusión incipiente mientras aún alcanza el ciclo térmico requerido.
TUVIMOS 617, Por ejemplo, normalmente se recoce en solución a 1175°C (2150°F), que se encuentra por debajo de su rango de fusión publicado de 1330–1380 ° C.
Esa brecha es la ventana térmica utilizable que hace posible el tratamiento térmico sin colapsar la microestructura..
La misma lógica se aplica más ampliamente a las aleaciones a base de níquel.: El tratamiento térmico debe seleccionarse teniendo en cuenta el solidus y liquidus de la aleación para que la pieza adquiera el estado metalúrgico deseado sin fundirse parcialmente..
En la fabricación práctica, Esta es la razón por la que las aleaciones de níquel generalmente se procesan con una disciplina de temperatura mucho más estricta que los metales de bajo punto de fusión..
8. Conclusión
El punto de fusión del níquel puro es aproximadamente 1455°C (1728 k / 2651°F), con referencias autorizadas agrupadas muy cerca de ese valor.
La ligera diferencia en las cifras publicadas es normal y refleja el historial de mediciones y el redondeo., no es un desacuerdo de ingeniería significativo.
Más importante aún, El valor industrial real del níquel radica en la forma en que cambia el comportamiento de fusión cuando se alea el níquel..
Los grados de níquel comercialmente puro se funden en un rango estrecho, mientras que las aleaciones a base de níquel como Monel 400, Inconel 600, y ATI 617 están diseñados en torno a sus propios intervalos sólido-líquido.
Por eso el níquel no es sólo un metal con un alto punto de fusión; Es una plataforma de alta temperatura para diseñar materiales resistentes a la corrosión y al calor..
Preguntas frecuentes
¿Cuál es el punto de fusión del níquel en grados Celsius y Fahrenheit??
El níquel puro se funde a aproximadamente 1455°C, que se trata 2651°F. La MAPE da un valor estrechamente relacionado de 1453°C.
¿Por qué las aleaciones de níquel tienen rangos de fusión en lugar de un punto exacto??
Porque la aleación cambia el equilibrio de fases., entonces el material comienza a derretirse a una solidus temperatura y termina de derretirse a una temperatura más alta. líquido temperatura.
¿Es el níquel puro más fácil de procesar que las aleaciones de níquel??
No necesariamente. El níquel puro tiene un punto de fusión agudo., pero a menudo se seleccionan aleaciones a base de níquel porque ofrecen una mejor resistencia a la corrosión., retención de fuerza, o resistencia al calor para el servicio previsto.
¿Por qué el níquel es tan importante en la ingeniería de altas temperaturas??
Porque combina un alto punto de fusión con una ductilidad útil y la capacidad de formar familias de aleaciones resistentes al calor utilizadas en herrajes para hornos., intercambiadores, piezas aeroespaciales, y sistemas relacionados con turbinas.
