1. Esittely
Nikkeli (kemiallinen symboli on, atominumero 28) on sitkeä, konserniin kuuluva hopeanvalkoinen siirtymämetalli 10 jaksollisesta taulukosta.
NIST:n ja Royal Society of Chemistryn arvovaltaiset termodynaamiset tiedot vahvistavat, että puhtaan nikkelin standardisulamispiste on 1455 ° C (2651 ° f, 1728 K -k -).
Alkuainemetallilla on käytännössä yksi sulamispiste, mutta nikkelipohjaiset seokset sulavat yleensä tietyllä alueella, koska seostus muuttaa solidus- ja likviduslämpötilaa.
Nikkelin sulamiskäyttäytyminen on yksi syy, miksi sitä käytetään niin laajasti korroosion- ja lämmönkestävissä tuotteissa.
Kaupallista nikkeliä ja nikkelipohjaisia seoksia löytyy kemiankäsittelylaitteista, lämmönvaihtimet, uunin laitteisto, meripalvelu, ja korkean lämpötilan rakenneosat, jossa lämpöstabiilisuus ja kontrolloitu kiinteytys ovat yhtä tärkeitä kuin lujuus.
2. Puhtaan nikkelin sulamispiste
Alkuainemetallille, nikkeliä käsitellään yleensä a yhden sulamispisteen materiaali laaja-alaisen metalliseoksen sijaan.
Eri teknisistä lähteistä julkaistut arvot ovat erittäin lähellä toisiaan, mitä insinöörit haluavat vertailumetallilta: vakaa luku, jota voidaan käyttää luotettavasti prosessisuunnittelussa.
Puhdasta nikkeliä edustavat arvot
| Materiaali | Sulamiskäyttäytyminen | Tekninen merkitys |
| Puhdasta nikkeliä | 1453-1455 °C / 2647-2651 °F / 1726–1728 K | Alkuainenikkeli on käytännössä terävästi sulava metalli. |
Pieni hajonta 1453°C:n ja 1455°C:n välillä on normaalia julkaistuissa sulamistiedoissa.
Se kuvastaa eroja puhtaudessa, mittausmenetelmä, ja pyöristyskäytännöt mieluummin kuin mitään mielekästä muutosta itse metallissa.
Teknisiin tarkoituksiin, puhdasta nikkeliä tulee käsitellä metallina, jonka sulamispiste on noin 1455° C.
3. Nikkeliseokset ja sulamisalueet
Nikkelipohjaiset seokset eivät toimi kuin puhdas nikkeli.
Kun on lisätty muita elementtejä, seos kehittää yleensä a solidus ja nestettä, joten metalli alkaa sulaa yhdessä lämpötilassa ja lopettaa sulamisen korkeammassa.
Siksi metalliseosten tietolomakkeet raportoivat a sulamisalue yhden pisteen sijaan.
| Nikkelilaatu / metalliseos | sulamisalue °C | sulamisalue °F | sulamisalue K |
| Nikkeli 200 / Nikkeli 201 | 1435-1445 °C | 2610–2630°F | 1708.15–1718,15 K |
| Monel metalliseos 400 | 1300–1350 ° C | 2370–2460°F | 1573.15–1623,15 K |
| INCONEL metalliseos 600 | 1354-1413 °C | 2470–2580°F | 1627.15–1686,15 K |
| VDM metalliseos 601 | 1330-1370 °C | 2426–2498°F | 1603.15–1643,15 K |
| HAYNES / INCONEL 617 | 1330-1375 °C | 2430–2510°F | 1603.15–1648,15 K |
| INCONEL metalliseos 625 | 1290–1350 ° C | 2350–2460°F | 1563.15–1623,15 K |
| INCONEL metalliseos 718 | 1260-1336 °C | 2300–2437°F | 1533.15–1609,15 K |
| HASTELLOY C-276 | 1323-1371 °C | 2415–2500°F | 1596.15–1644,15 K |
| VDM metalliseos 690 | 1390-1410 °C | 2534–2570°F | 1663.15–1683,15 K |
4. Nikkelin sulamiskäyttäytymiseen vaikuttavat tekijät
Puhtaus
Puhtaus on ensimmäinen ja tärkein tekijä.
Puhdas nikkeli näyttää yhden, terävästi määritelty sulamispiste, kun taas kaupallisesti puhtaita laatuja, kuten nikkeliä 200/201 ne osoittavat kapeaa sulamisaluetta, koska pienetkin koostumuserot ovat tärkeitä.
Mitä lähempänä materiaali on alkuainenikkeliä, sitä lähempänä se käyttäytyy yhden pisteen siirtymää.
Seoslisäaineet
Lejeeraus on tärkein syy, miksi nikkelimateriaalit kehittävät sulamisalueita.
Kuparin lisäyksiä, kromi, rauta, koboltti, molybdeini, ja muut elementit muuttavat faasin stabiilisuutta ja siirtävät solidus- ja likviduslämpötilaa.
Siksi Monel 400, Kattaa 600, ja ATI 617 jokaisella on erilainen sulamisväli, vaikka kaikki ovat nikkelipohjaisia materiaaleja.
Tuotteen muoto ja erittely
Kaupalliset nikkelituotteet voidaan toimittaa hieman erilaisilla julkaistuilla arvoilla tuotemuodosta ja toimittajan tietosivusta riippuen.
Tämä ei tarkoita, että metallin peruskäyttäytyminen olisi muuttunut; se tarkoittaa, että raportoitu alue heijastaa tarkkaa arvosanaa, vähäisiä epäpuhtauksia, ja tuotteen kunto.
Prosessiinsinööreille, se on muistutus käyttää toimittajan tietolehteä tietylle lämmölle tai erälle sen sijaan, että luottaisit yleiseen nikkeliarvoon.
Lämpöprosessikonteksti
Nikkelin sulamiskäyttäytyminen on aina tulkittava kontekstissa. Valuuuni, juotossykli, ja hitsausprosessissa ei käytetä samaa lämpökohdetta.
Sulamisalue määrittää, kuinka paljon lämpötilaa käyttäjällä on ennen kuin metalli pehmenee, alkaa virrata, tai menettää muotonsa.
Nikkelipohjaisissa korkean lämpötilan seoksissa, että ikkuna on keskeinen osa suunnittelulogiikkaa, ei jälkikäteen.
5. Fyysinen & Kemialliset muutokset nikkelin sulamisen aikana
Hapetuskäyttäytyminen
Sula nikkeli on kemiallisesti erittäin aktiivista. Edellä 1000 ° C, nikkeli reagoi nopeasti hapen kanssa muodostaen nikkelioksidia (NiO).
Ilman inerttikaasusuojaa, tiheä tumma oksidikalvo peittää nesteen pinnan, lisääntyvät sulatuskuona-inkluusiovirheet.
Teollisen nikkelin sulatuksen on käytettävä argonsuojausta tai tyhjiösulatusta hapen eristämiseksi.
Kaasuelementtien liukoisuus
Sulalla nikkelillä on vahva vety- ja typen liukoisuus. Kaasuliukoisuus piikit lähellä sulamispistettä; liiallinen liuennut kaasu muodostaa neulahuokoisuutta jähmettymisen jälkeen.
Kaasunpoistokäsittely on pakollinen erittäin puhtaille nikkelivaluille.
Magneettinen siirto
Nikkelillä on ferromagnetismia huoneenlämpötilassa. Sen Curie-lämpötila on 358 ° C; tämän kriittisen lämpötilan yläpuolella, nikkeli menettää magnetismin pysyvästi jäähtymiseen asti.
Magneettinen katoaminen sulatuksen aikana helpottaa sähkömagneettista sekoittumista sulatusuuneissa.
6. Kuinka testata nikkelin sulamispiste?
Differentiaalinen pyyhkäisykalorimetria ja differentiaalinen lämpöanalyysi
Laboratoriomittakaavaan, DSC ja DTA ovat tavallisia lämpöanalyysityökaluja puhtaiden materiaalien sulamis- ja kiteytyslämpötilojen määrittämiseen.
ASTM E794 toteaa, että tämä testimenetelmä kuvaa sulamis- ja kiteytyslämpötilojen määrittämistä differentiaalisen pyyhkäisykalorimetrian ja differentiaalisen lämpöanalyysin avulla., ja että menetelmä on hyödyllinen laadunvalvonnassa, spesifikaation hyväksyminen, ja tutkimusta.
Käytännössä, kalibrointi suoritetaan käyttämällä tunnettuja vertailustandardeja, ja puhtaita metalleja käytetään yleisesti kalibrointimateriaaleina.
Sulamislämpötila otetaan tyypillisesti lämpötilasta ekstrapoloitu alku siirtymisestä, kun näyte on täysin sulanut huipussaan.
Tämä tekee DSC:stä erityisen hyödyllisen nikkelille, kun tarvitaan tarkkaa laboratorioarvoa.
Optinen pyrometria
Erittäin kuumille teollisuusolosuhteille, optinen pyrometria on käytännöllinen kosketukseton menetelmä, koska se mittaa lämpösäteilyä kuumasta esineestä sen sijaan, että se vaatisi fyysistä kosketusta.
Tämä tekee siitä arvokkaan uunin havaintoja varten, sulatteen käsittely, ja muut korkean lämpötilan prosessitarkastukset, joissa kosketusanturit voivat olla epäkäytännöllisiä.
Käytännön menetelmien vertailu
| Menetelmä | Paras käyttö | Vahvuus | Rajoitus |
| DSC / DTA | Sulamis- ja kiteytyslämpötilojen laboratoriomääritys | Sopii kontrolloituun mittaukseen ja kalibrointiin perustuvaan analyysiin | Vaatii pieniä näytteitä ja valvottuja testiolosuhteita. |
| Optinen pyrometria | Uunin ja prosessin lämpötilan mittaus | Koskematon ja sopii erittäin kuumille pinnoille | Mittaa säteilylämpötilaa katseluradalla, joten asetuksella ja emissiivuudella on väliä. |
7. Nikkelin sulamisalueen säätelyn teolliset sovellukset
PrecisionCasting
Sisä- tarkkuusvalu, sulamisalue määrittää, kuinka paljon lämpötilaa uunin tulee tarjota ja kuinka huolellisesti sulatetta on käsiteltävä ennen kaatamista.
Uunin komponenteissa käytetään puhdasta nikkeliä ja nikkelipohjaisia seoksia, kemiallisen käsittelyn astiat, vaihtimet, korkean lämpötilan ilmailun osat, ydinreaktorit, ja turbiinit, mikä tarkoittaa, että valureitin on kestettävä sekä korkeita lämpötiloja että aggressiivisia huoltovaatimuksia.
Seosvaluihin, tärkeä kohta ei ole yksittäinen sulamispiste vaan kiinteä-neste-ikkuna.
Nikkelipohjainen metalliseos voi alkaa jäätyä, kun osa metallista on vielä nestemäistä, joten valimokäytännön on otettava huomioon ruokinta, kutistuminen, ja jähmettymisen hallinta koko alueella.
Tämä on tekninen johtopäätös nikkelipohjaisten metalliseosten julkaistuista sulamisväleistä.
Hitsaus
Nikkelipohjaisia materiaaleja hitsataan laajalti, koska ne voidaan liittää yhteen perinteisillä hitsausprosesseilla ja ne säilyttävät hyödyllisen suorituskyvyn vaativissa ympäristöissä.
INCONEL metalliseos 600 kuvataan helposti liitettäväksi tavanomaisilla hitsausprosesseilla, ja valmistaja listaa erityisiä hitsausmateriaaleja suojatuille metallikaareille, kaasuvolframikaari, ja kaasu metalli-kaari liitos.
MONEL metalliseos 400 on myös kuvattu helposti liitettäväksi tavanomaisilla prosesseilla.
Hitsaukseen, sulamisalueen säätö on tärkeää, koska epäjaloa metallia ei saa ylikuumentua aiotun sulamisvyöhykkeen yli.
Nikkeliseokset valitaan usein juuri niiden sulamisvälien vuoksi, vahvuus, ja lämpövaste voi tukea hallittua yhdistämistä palvelukriittisissä sovelluksissa.
Tämä on erityisen tärkeää silloin, kun hitsatun osan on säilyttävä mitoiltaan vakaana ja korroosionkestävänä valmistuksen jälkeen.
Lämmönkäsittely
Lämpökäsittely on toinen alue, jolla sulamisalueen säädöllä on merkitystä, koska käyttäjän on pysyttävä turvallisesti kaikkien alkavien sulamisolosuhteiden alapuolella, samalla kun hän saavuttaa vaaditun lämpösyklin.
MEILLÄ OLI 617, esimerkiksi, on tavallisesti liuoshehkutettu 1175° C (2150° f), joka on julkaistun sulamisalueensa alapuolella 1330–1380 ° C.
Tämä rako on käyttökelpoinen lämpöikkuna, joka mahdollistaa lämpökäsittelyn ilman, että mikrorakenne romahtaa.
Sama logiikka pätee laajemmin nikkelipohjaisiin seoksiin: lämpökäsittely tulee valita lejeeringin solidus ja likvidus huomioon ottaen, jotta osa saavuttaa halutun metallurgisen tilan osittain sulamatta.
Käytännön valmistuksessa, Tästä syystä nikkeliseoksia käsitellään yleensä paljon tiukemmalla lämpötilakurilla kuin alhaisemmin sulavia metalleja.
8. Johtopäätös
Puhtaan nikkelin sulamispiste on noin 1455° C (1728 K -k - / 2651° f), arvovaltaisten viitteiden ryhmittyessä hyvin lähellä tätä arvoa.
Julkaistujen lukujen pieni ero on normaalia ja heijastaa mittaushistoriaa ja pyöristystä, ei ole mielekäs insinööririita.
Vielä tärkeämpää, nikkelin todellinen teollinen arvo on siinä, että sulamiskäyttäytyminen muuttuu, kun nikkeliä seostetaan.
Kaupallisesti puhtaat nikkelilaadut sulavat kapealla alueella, kun taas nikkelipohjaiset seokset, kuten Monel 400, Kattaa 600, ja ATI 617 on suunniteltu omien solidus-liquidus -väliensä ympärille.
Siksi nikkeli ei ole vain metalli, jolla on korkea sulamispiste; se on korkean lämpötilan alusta korroosion- ja lämmönkestävien materiaalien suunnitteluun.
Faqit
Mikä on nikkelin sulamispiste Celsius- ja Fahrenheit-asteina?
Puhdas nikkeli sulaa n 1455° C, josta on kyse 2651° f. ASM antaa läheisesti liittyvän arvon 1453° C.
Miksi nikkeliseoksilla on sulamisalueet yhden tarkan pisteen sijaan?
Koska seostus muuttaa faasitasapainoa, joten materiaali alkaa sulaa kohdassa a solidus lämpötilassa ja sulaminen päättyy korkeammassa lämpötilassa nestettä lämpötila.
Onko puhdasta nikkeliä helpompi käsitellä kuin nikkeliseoksia?
Ei välttämättä. Puhtaalla nikkelillä on terävä sulamispiste, mutta nikkelipohjaiset seokset valitaan usein, koska ne tarjoavat paremman korroosionkestävyyden, vahvuuden säilyttäminen, tai lämmönkestävyys aiottua palvelua varten.
Miksi nikkeli on niin tärkeä korkean lämpötilan suunnittelussa?
Koska siinä yhdistyy korkea sulamispiste hyödylliseen sitkeyteen ja kykyyn muodostaa lämmönkestäviä metalliseosperheitä, joita käytetään uunin laitteistoissa, vaihtimet, ilmailun osat, ja turbiiniin liittyvät järjestelmät.
