نقطه ذوب نیکل

1. مقدمه

نیکل (نماد شیمیایی است, عدد اتمی 28) شکل پذیر است, فلز واسطه نقره ای-سفید متعلق به گروه 10 از جدول تناوبی.

داده های معتبر ترمودینامیکی از NIST و انجمن سلطنتی شیمی تأیید می کند که نیکل خالص دارای نقطه ذوب استاندارد است. 1455 درجه سانتی گراد (2651 درجه فارنهایت, 1728 ک).

فلز عنصری از نظر عملی دارای یک نقطه ذوب واحد است, اما آلیاژهای پایه نیکل معمولاً در یک محدوده ذوب می شوند زیرا آلیاژ باعث تغییر دمای جامد و مایع می شود..

رفتار ذوب نیکل یکی از دلایلی است که به طور گسترده در محصولات مقاوم در برابر خوردگی و مقاوم در برابر حرارت استفاده می شود..

نیکل تجاری و آلیاژهای پایه نیکل در تجهیزات پردازش شیمیایی یافت می شوند, مبدل های حرارتی, سخت افزار کوره, خدمات دریایی, و قطعات ساختاری با دمای بالا, که در آن پایداری حرارتی و انجماد کنترل شده به اندازه استحکام اهمیت دارد.

2. نقطه ذوب نیکل خالص

برای فلز عنصری, نیکل به طور کلی به عنوان یک تلقی می شود مواد تک نقطه ذوب به جای یک آلیاژ وسیع.

مقادیر منتشر شده از منابع فنی مختلف بسیار نزدیک هستند, چیزی که مهندسان از یک فلز مرجع می خواهند: عددی پایدار که می توان با اطمینان در طراحی فرآیند از آن استفاده کرد.

مقادیر نماینده برای نیکل خالص

گسترش اندک بین 1453 درجه سانتیگراد و 1455 درجه سانتیگراد برای داده های ذوب منتشر شده طبیعی است.

این نشان دهنده تفاوت در خلوص است, روش اندازه گیری, و گرد کردن قراردادها به جای هرگونه تغییر معنی دار در خود فلز.

برای اهداف مهندسی, نیکل خالص را باید به عنوان یک فلز با نقطه ذوب حدوداً در نظر گرفت 1455درجه سانتی گراد.

3. آلیاژهای نیکل و محدوده ذوب

آلیاژهای پایه نیکل مانند نیکل خالص رفتار نمی کنند.

پس از اضافه شدن عناصر دیگر, آلیاژ معمولا توسعه می یابد جامد و مایع, بنابراین فلز در یک دما شروع به ذوب شدن می کند و در دمای بالاتر به پایان می رسد.

به همین دلیل است که برگه های آلیاژی a را گزارش می دهند دامنه ذوب به جای یک نقطه.

4. عواملی که بر رفتار ذوب نیکل تأثیر می گذارد

خلوص

خلوص اولین و مهمترین عامل است.

نیکل خالص یک تک را نشان می دهد, نقطه ذوب کاملاً مشخص, در حالی که نمرات خالص تجاری مانند نیکل 200/201 محدوده ذوب باریکی را نشان می دهد زیرا حتی تفاوت های ترکیبی کوچک نیز مهم است.

هر چه این ماده به نیکل عنصری نزدیکتر باشد, هر چه به یک انتقال یک نقطه ای نزدیکتر عمل کند.

افزودنی های آلیاژی

آلیاژسازی دلیل اصلی ایجاد محدوده ذوب مواد نیکل است.

افزودنی های مس, کروم, آهن, کبالت, مولیبدن, و عناصر دیگر پایداری فاز را تغییر می دهند و دمای جامد و مایع را تغییر می دهند.

به همین دلیل است که مونل 400, اینکونل 600, و ATI 617 هرکدام فواصل ذوب متفاوتی دارند حتی اگر همگی مواد مبتنی بر نیکل باشند.

فرم و مشخصات محصول

بسته به فرم محصول و برگه اطلاعات تامین کننده، ممکن است محصولات نیکل تجاری با مقادیر منتشر شده کمی متفاوت عرضه شوند..

این بدان معنا نیست که رفتار اساسی فلز تغییر کرده است; این بدان معنی است که محدوده گزارش شده نشان دهنده درجه دقیق است, ناخالصی های جزئی, و وضعیت محصول.

برای مهندسان فرآیند, این یک یادآوری برای استفاده از برگه اطلاعات تامین کننده برای گرما یا مقدار ویژه به جای اتکا به یک مقدار نیکل عمومی است..

زمینه فرآیند حرارتی

رفتار ذوب نیکل باید همیشه در زمینه تفسیر شود. یک کوره ریخته گری, چرخه لحیم کاری, و در فرآیند جوشکاری از یک هدف حرارتی استفاده نمی شود.

محدوده مذاب تعیین می کند که اپراتور قبل از نرم شدن فلز چقدر فضای حرارتی دارد, شروع به جریان می کند, یا شکل خود را از دست می دهد.

در آلیاژهای با دمای بالا پایه نیکل, آن پنجره بخش اصلی منطق طراحی است, یک فکر بعدی نیست.

5. فیزیکی & تغییرات شیمیایی در طی ذوب نیکل

رفتار اکسیداسیون

نیکل مذاب از نظر شیمیایی بسیار فعال است. بالا 1000 درجه سانتی گراد, نیکل به سرعت با اکسیژن واکنش می دهد و اکسید نیکل تولید می کند (NiO).

بدون محافظ گاز بی اثر, یک فیلم اکسید تیره متراکم سطح مایع را می پوشاند, افزایش عیوب گنجاندن سرباره ذوب.

ذوب نیکل صنعتی باید از محافظ آرگون یا ذوب خلاء برای جداسازی اکسیژن استفاده کند..

حلالیت عناصر گازی

نیکل مذاب دارای حلالیت هیدروژن و نیتروژن قوی است. حلالیت گاز در نزدیکی نقطه ذوب به اوج خود می رسد; گاز محلول بیش از حد پس از انجماد، تخلخل سوراخ سوزنی ایجاد می کند.

عملیات گاز زدایی برای ریخته گری نیکل با خلوص بالا الزامی است.

انتقال مغناطیسی

نیکل دارای فرومغناطیس در دمای اتاق است. دمای کوری آن است 358 درجه سانتی گراد; بالاتر از این دمای بحرانی, نیکل تا زمانی که خنک شود، خاصیت مغناطیسی خود را برای همیشه از دست می دهد.

ناپدید شدن مغناطیسی در حین ذوب، هم زدن الکترومغناطیسی را در کوره های ذوب تسهیل می کند.

6. نحوه تست نقطه ذوب نیکل?

کالریمتری اسکن تفاضلی و آنالیز حرارتی تفاضلی

برای تعیین مقیاس آزمایشگاهی, DSC و DTA ابزارهای استاندارد آنالیز حرارتی برای تعیین دمای ذوب و تبلور مواد خالص هستند..

ASTM E794 بیان می کند که این روش آزمایشی، تعیین دمای ذوب و تبلور را با کالریمتری اسکن تفاضلی و آنالیز حرارتی تفاضلی توصیف می کند., و اینکه این روش برای کنترل کیفیت مفید است, پذیرش مشخصات, و تحقیق.

در عمل, کالیبراسیون با استفاده از استانداردهای مرجع شناخته شده انجام می شود, و فلزات خالص معمولاً به عنوان مواد کالیبراسیون استفاده می شوند.

دمای ذوب معمولاً از شروع برون یابی از انتقال, در حالی که نمونه در اوج به طور کامل ذوب می شود.

این باعث می شود که DSC به ویژه برای نیکل مفید باشد، زمانی که یک مقدار آزمایشگاهی دقیق مورد نیاز است.

پیرومتری نوری

برای شرایط صنعتی بسیار گرم, پیرومتری نوری یک روش غیر تماسی عملی است زیرا تابش حرارتی جسم داغ را به جای نیاز به تماس فیزیکی اندازه گیری می کند.

که آن را برای مشاهدات کوره ارزشمند می کند, دست زدن به ذوب, و سایر بررسی‌های فرآیند در دمای بالا که سنسورهای تماس ممکن است غیرعملی باشند.

مقایسه عملی روش ها

7. کاربردهای صنعتی کنترل محدوده ذوب نیکل

PrecisionCasting

در ریخته گری دقیق, محدوده ذوب تعیین می کند که کوره چه مقدار فضای حرارتی باید فراهم کند و قبل از ریختن مذاب با چه دقتی باید مدیریت شود..

نیکل خالص و آلیاژهای پایه نیکل در اجزای کوره استفاده می شود, ظروف فرآوری شیمیایی, مبدل ها, قطعات هوافضا با دمای بالا, راکتورهای هسته ای, و توربین ها, به این معنی که مسیر ریخته گری باید هم دمای بالا و هم نیازهای خدمات تهاجمی را برآورده کند.

برای ریخته گری آلیاژی, نکته مهم تنها نقطه ذوب نیست بلکه نقطه ذوب است پنجره جامد مایع.

یک آلیاژ پایه نیکل ممکن است در حالی که بخشی از فلز هنوز مایع است شروع به یخ زدن کند, بنابراین عمل ریخته گری باید برای تغذیه حساب شود, انقباض, و کنترل انجماد در محدوده کامل.

این یک استنتاج مهندسی از فواصل مذاب منتشر شده از آلیاژهای پایه نیکل است.

جوشکاری

مواد پایه نیکل به طور گسترده ای جوش داده می شوند زیرا می توان آنها را با فرآیندهای جوشکاری معمولی به هم متصل کرد و عملکرد مفیدی را در محیط های سخت حفظ کرد..

آلیاژ INCONEL 600 توصیف می شود که به راحتی توسط فرآیندهای جوشکاری معمولی به هم متصل می شود, و سازنده مواد جوشکاری خاص را برای قوس فلزی محافظ فهرست می کند, قوس تنگستن گازی, و اتصال قوس فلزی گازی.

آلیاژ MONEL 400 همچنین به عنوان به آسانی توسط فرآیندهای مرسوم پیوسته توصیف می شود.

برای جوشکاری, کنترل محدوده ذوب اهمیت دارد زیرا فلز پایه نباید فراتر از منطقه همجوشی مورد نظر بیش از حد گرم شود.

آلیاژهای نیکل اغلب دقیقاً به دلیل فواصل ذوب آنها انتخاب می شوند, قدرت, و پاسخ حرارتی می تواند از اتصال کنترل شده در برنامه های کاربردی حیاتی پشتیبانی کند.

این امر به ویژه زمانی مهم است که قطعه جوش داده شده باید از نظر ابعادی پایدار بماند و پس از ساخت در برابر خوردگی مقاوم باشد.

عملیات حرارتی

عملیات حرارتی منطقه دیگری است که کنترل محدوده ذوب اهمیت دارد, زیرا اپراتور باید در حالی که هنوز به چرخه حرارتی مورد نیاز رسیده است، در زیر هر شرایط ذوب اولیه باقی بماند.

داشتیم 617, برای مثال, به طور معمول محلول در آنیل می شود 1175درجه سانتی گراد (2150درجه فارنهایت), که زیر محدوده ذوب منتشر شده خود قرار دارد 1330-1380 درجه سانتیگراد.

این شکاف پنجره حرارتی قابل استفاده است که عملیات حرارتی را بدون فروریختن ریزساختار ممکن می‌سازد.

همین منطق به طور گسترده‌تری در مورد آلیاژهای پایه نیکل صدق می‌کند: عملیات حرارتی باید با در نظر گرفتن مواد جامد و مایع آلیاژ انتخاب شود تا قطعه بدون ذوب نسبی حالت متالورژیکی مورد نظر را به دست آورد..

در ساخت عملی, به همین دلیل است که آلیاژهای نیکل معمولاً با نظم دمایی بسیار سخت تری نسبت به فلزات با ذوب پایین تر پردازش می شوند..

8. نتیجه گیری

نقطه ذوب نیکل خالص در حدود است 1455درجه سانتی گراد (1728 ک / 2651درجه فارنهایت), با ارجاع معتبر خوشه ای بسیار نزدیک به آن مقدار.

گسترش اندک در اعداد منتشر شده طبیعی است و نشان دهنده تاریخچه اندازه گیری و گرد کردن است, یک اختلاف مهندسی معنادار نیست.

مهمتر, ارزش صنعتی واقعی نیکل در روشی است که رفتار ذوب هنگام آلیاژ شدن نیکل تغییر می کند.

نمرات نیکل خالص تجاری در محدوده باریکی ذوب می شوند, در حالی که آلیاژهای پایه نیکل مانند مونل 400, اینکونل 600, و ATI 617 حول فواصل Solidus-Liquidus خودشان مهندسی شده اند.

به همین دلیل است که نیکل فقط یک فلز با نقطه ذوب بالا نیست; این یک پلت فرم با دمای بالا برای طراحی مواد مقاوم در برابر خوردگی و مقاوم در برابر حرارت است.

 

سوالات متداول

نقطه ذوب نیکل بر حسب سانتیگراد و فارنهایت چقدر است?

نیکل خالص در حدود ذوب می شود 1455درجه سانتی گراد, که در مورد 2651درجه فارنهایت. ASM یک مقدار نزدیک به هم می دهد 1453درجه سانتی گراد.

چرا آلیاژهای نیکل به جای یک نقطه دقیق محدوده ذوب دارند؟?

زیرا آلیاژسازی تعادل فاز را تغییر می دهد, بنابراین مواد شروع به ذوب شدن در a جامد درجه حرارت و ذوب شدن در بالاتر مایع دما.

پردازش نیکل خالص راحت تر از آلیاژهای نیکل است?

نه لزوما. نیکل خالص دارای نقطه ذوب تیز است, اما آلیاژهای پایه نیکل اغلب انتخاب می شوند زیرا مقاومت در برابر خوردگی بهتری دارند, حفظ قدرت, یا مقاومت حرارتی برای سرویس مورد نظر.

چرا نیکل در مهندسی دماهای بالا بسیار مهم است؟?

زیرا نقطه ذوب بالا را با انعطاف پذیری مفید و توانایی تشکیل خانواده های آلیاژی مقاوم در برابر حرارت مورد استفاده در سخت افزار کوره ترکیب می کند., مبدل ها, قطعات هوافضا, و سیستم های مرتبط با توربین.