1. Introduction
Nickel (le symbole chimique est, numéro atomique 28) est un ductile, métal de transition blanc argenté appartenant au Groupe 10 du tableau périodique.
Des données thermodynamiques faisant autorité du NIST et de la Royal Society of Chemistry confirment que le nickel pur a un point de fusion standard de 1455 °C (2651 °F, 1728 K).
Le métal élémentaire a un point de fusion unique en pratique, mais les alliages à base de nickel fondent généralement dans une certaine plage car l'alliage modifie les températures de solidus et de liquidus.
Le comportement de fusion du nickel est l’une des raisons pour lesquelles il est si largement utilisé dans les produits résistants à la corrosion et à la chaleur..
Le nickel commercial et les alliages à base de nickel se trouvent dans les équipements de traitement chimique, échangeurs de chaleur, matériel de four, service marin, et pièces structurelles haute température, où la stabilité thermique et la solidification contrôlée comptent autant que la résistance.
2. Le point de fusion du nickel pur
Pour le métal élémentaire, le nickel est généralement traité comme un matériau à point de fusion unique plutôt qu'un alliage à large gamme.
Les valeurs publiées provenant de différentes sources techniques sont extrêmement proches, c'est ce que les ingénieurs attendent d'un métal de référence: un nombre stable qui peut être utilisé en toute confiance dans la conception de processus.
Valeurs représentatives du nickel pur
| Matériel | Comportement de fusion | Signification de l'ingénierie |
| Nickel pur | 1453–1455 ° C / 2647–2651°F / 1726–1728 K | Le nickel élémentaire est essentiellement un métal à fusion brutale en utilisation pratique. |
Le faible écart entre 1 453°C et 1 455°C est normal pour les données de fonte publiées..
Cela reflète les différences de pureté, méthode de mesure, et les conventions d'arrondi plutôt que tout changement significatif dans le métal lui-même.
À des fins d'ingénierie, le nickel pur doit être traité comme un métal avec un point de fusion d'environ 1455°C.
3. Alliages de nickel et plages de fusion
Les alliages à base de nickel ne se comportent pas comme le nickel pur.
Une fois que d'autres éléments sont ajoutés, l'alliage développe généralement un solidus et liquide, ainsi le métal commence à fondre à une température et finit de fondre à une température plus élevée.
C'est pourquoi les fiches techniques des alliages signalent un gamme de fusion au lieu d'un seul point.
| Nuance de nickel / alliage | plage de fusion °C | plage de fusion °F | plage de fusion K |
| Nickel 200 / Nickel 201 | 1435–1445°C | 2610–2630°F | 1708.15–1718,15 K |
| Alliage Monel 400 | 1300–1350 ° C | 2370–2460°F | 1573.15–1623,15 K |
| Alliage INCONEL 600 | 1354–1413°C | 2470–2580°F | 1627.15–1686,15 K |
| Alliage VDM 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 |
| Alliage INCONEL 625 | 1290–1350 ° C | 2350–2460°F | 1563.15–1623,15 K |
| Alliage INCONEL 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 |
| Alliage VDM 690 | 1390–1410°C | 2534–2570°F | 1663.15–1683,15 K |
4. Facteurs qui influencent le comportement de fusion du nickel
Pureté
La pureté est le premier et le plus important facteur.
Le nickel pur présente un seul, point de fusion bien défini, tandis que les qualités commercialement pures telles que le nickel 200/201 présentent une plage de fusion étroite car même de petites différences de composition comptent.
Plus le matériau est proche du nickel élémentaire, plus il se rapproche d'une transition en un point.
Ajouts d'alliage
L'alliage est la principale raison pour laquelle les matériaux en nickel développent des plages de fusion.
Ajouts de cuivre, chrome, fer, cobalt, molybdène, et d'autres éléments modifient la stabilité de phase et modifient les températures de solidus et de liquidus.
C'est pourquoi Monel 400, Inconel 600, et ATI 617 chacun a un intervalle de fusion différent même si tous sont des matériaux à base de nickel.
Forme et spécifications du produit
Les produits commerciaux en nickel peuvent être fournis avec des valeurs publiées légèrement différentes selon la forme du produit et la fiche technique du fournisseur..
Cela ne signifie pas que le comportement fondamental du métal a changé; cela signifie que la plage indiquée reflète la note exacte, impuretés mineures, et l'état du produit.
Pour les ingénieurs de procédés, c'est un rappel d'utiliser la fiche technique du fournisseur pour la chaleur ou le lot spécifique plutôt que de se fier à une valeur générique du nickel.
Contexte du processus thermique
Le comportement de fusion du nickel doit toujours être interprété dans son contexte. Un four de coulée, un cycle de brasage, et un procédé de soudage n'utilisent pas la même cible thermique.
La plage de fusion détermine la marge thermique dont dispose l'opérateur avant que le métal ne ramollisse., commence à couler, ou perd sa forme.
En alliages haute température à base de nickel, cette fenêtre est un élément essentiel de la logique de conception, pas une réflexion après coup.
5. Physique & Changements chimiques pendant la fusion du nickel
Comportement d'oxydation
Le nickel fondu est hautement chimiquement actif. Au-dessus de 1000 °C, le nickel réagit rapidement avec l'oxygène pour générer de l'oxyde de nickel (NiO).
Sans protection contre les gaz inertes, un film d'oxyde sombre et dense recouvre la surface du liquide, augmentation des défauts d'inclusion des scories de fusion.
La fusion industrielle du nickel doit adopter un blindage à l'argon ou une fusion sous vide pour isoler l'oxygène.
Solubilité des éléments gazeux
Le nickel fondu a une forte solubilité dans l'hydrogène et l'azote. La solubilité du gaz culmine près du point de fusion; un gaz dissous excessif forme une porosité en trou d'épingle après solidification.
Le traitement de dégazage est obligatoire pour les pièces moulées en nickel de haute pureté.
Transition magnétique
Le nickel possède un ferromagnétisme à température ambiante. Sa température de Curie est 358 °C; au dessus de cette température critique, le nickel perd définitivement son magnétisme jusqu'à refroidissement.
La disparition magnétique pendant la fusion facilite l'agitation électromagnétique dans les fours de fusion.
6. Comment tester le point de fusion du nickel?
Calorimétrie différentielle à balayage et analyse thermique différentielle
Pour une détermination à l’échelle du laboratoire, DSC et DTA sont les outils d'analyse thermique standard pour déterminer les températures de fusion et de cristallisation des matériaux purs.
ASTM E794 indique que cette méthode d'essai décrit la détermination des températures de fusion et de cristallisation par calorimétrie différentielle à balayage et analyse thermique différentielle., et que la méthode est utile pour le contrôle de la qualité, acceptation des spécifications, et la recherche.
En pratique, l'étalonnage est effectué à l'aide d'étalons de référence connus, et les métaux purs sont couramment utilisés comme matériaux d'étalonnage.
La température de fusion est généralement tirée de la début extrapolé de la transition, tandis que l'échantillon est complètement fondu au pic.
Cela rend le DSC particulièrement utile pour le nickel lorsqu'une valeur précise en laboratoire est nécessaire..
Pyrométrie optique
Pour conditions industrielles très chaudes, pyrométrie optique est une méthode pratique sans contact car elle mesure le rayonnement thermique de l'objet chaud plutôt que de nécessiter un contact physique.
Cela le rend précieux pour les observations de fours, manipulation de la matière fondue, et autres contrôles de processus à haute température où les capteurs de contact peuvent être peu pratiques.
Comparaison pratique des méthodes
| Méthode | Meilleure utilisation | Force | Limitation |
| DSC / DTA | Détermination en laboratoire des températures de fusion et de cristallisation | Idéal pour les mesures contrôlées et les analyses basées sur l'étalonnage | Nécessite de petits échantillons et des conditions de test contrôlées. |
| Pyrométrie optique | Mesure de température de four et de processus | Sans contact et adapté aux surfaces très chaudes | Mesure la température radiative dans le trajet de visualisation, donc la configuration et l'émissivité sont importantes. |
7. Applications industrielles du contrôle de la plage de fusion du nickel
Coulée de précision
Dans coulée de précision, la plage de fusion détermine la marge thermique que le four doit fournir et le soin avec lequel la fonte doit être gérée avant de la couler.
Le nickel pur et les alliages à base de nickel sont utilisés dans les composants des fours, navires de traitement chimique, échangeurs, pièces aérospatiales à haute température, réacteurs nucléaires, et turbines, ce qui signifie que la voie de coulée doit gérer à la fois des températures élevées et des exigences de service agressives.
Pour les pièces moulées en alliage, le point important n'est pas le point de fusion unique mais le fenêtre solide-liquide.
Un alliage à base de nickel peut commencer à geler alors qu'une partie du métal est encore liquide, la pratique de la fonderie doit donc tenir compte de l'alimentation, rétrécissement, et contrôle de la solidification sur toute la gamme.
Il s'agit d'une déduction technique tirée des intervalles de fusion publiés pour les alliages à base de nickel..
Soudage
Les matériaux à base de nickel sont largement soudés car ils peuvent être assemblés par des procédés de soudage conventionnels et conservent des performances utiles dans des environnements exigeants..
Alliage INCONEL 600 est décrit comme étant facilement assemblé par des procédés de soudage conventionnels, et le fabricant répertorie les matériaux de soudage spécifiques pour les arcs métalliques blindés., arc gazeux au tungstène, et assemblage à arc métallique sous gaz.
Alliage MONEL 400 est également décrit comme facilement rejoint par les processus conventionnels.
Pour le soudage, le contrôle de la plage de fusion est important car le métal de base ne doit pas être surchauffé au-delà de la zone de fusion prévue.
Les alliages de nickel sont souvent sélectionnés précisément en raison de leurs intervalles de fusion, force, et la réponse thermique peut prendre en charge un assemblage contrôlé dans les applications critiques.
Ceci est particulièrement important lorsque la pièce soudée doit rester dimensionnellement stable et résistante à la corrosion après fabrication..
Traitement thermique
Le traitement thermique est un autre domaine où le contrôle de la plage de fusion est important, parce que l'opérateur doit rester en toute sécurité en dessous de toute condition de fusion naissante tout en atteignant le cycle thermique requis.
NOUS AVONS 617, Par exemple, est normalement recuit en solution à 1175°C (2150°F), qui se situe en dessous de sa plage de fusion publiée de 1330–1380 ° C.
Cet espace constitue la fenêtre thermique utilisable qui permet le traitement thermique sans effondrer la microstructure..
La même logique s’applique plus largement aux alliages à base de nickel: le traitement thermique doit être choisi en tenant compte du solidus et du liquidus de l'alliage afin que la pièce acquière l'état métallurgique souhaité sans fondre partiellement.
Dans la fabrication pratique, c'est pourquoi les alliages de nickel sont généralement traités avec une discipline de température beaucoup plus stricte que les métaux à bas point de fusion..
8. Conclusion
Le point de fusion du nickel pur est d'environ 1455°C (1728 K / 2651°F), avec des références faisant autorité regroupées très proches de cette valeur.
La légère dispersion des chiffres publiés est normale et reflète l'historique des mesures et les arrondis., pas un désaccord technique significatif.
Plus important encore, la véritable valeur industrielle du nickel réside dans la manière dont le comportement de fusion change lorsque le nickel est allié.
Les qualités de nickel commercialement pures fondent sur une plage étroite, tandis que les alliages à base de nickel tels que le Monel 400, Inconel 600, et ATI 617 sont conçus autour de leurs propres intervalles solidus-liquidus.
C'est pourquoi le nickel n'est pas seulement un métal à point de fusion élevé.; il s'agit d'une plateforme haute température pour la conception de matériaux résistants à la corrosion et à la chaleur.
FAQ
Quel est le point de fusion du nickel en Celsius et Fahrenheit?
Le nickel pur fond à environ 1455°C, ce qui concerne 2651°F. ASM donne une valeur étroitement liée de 1453°C.
Pourquoi les alliages de nickel ont-ils des plages de fusion au lieu d'un point précis?
Parce que l'alliage modifie l'équilibre des phases, donc le matériau commence à fondre à un solidus température et finit de fondre à une température plus élevée liquide température.
Le nickel pur est-il plus facile à traiter que les alliages de nickel?
Pas nécessairement. Le nickel pur a un point de fusion précis, mais les alliages à base de nickel sont souvent sélectionnés car ils offrent une meilleure résistance à la corrosion, rétention de force, ou résistance à la chaleur pour le service prévu.
Pourquoi le nickel est-il si important dans l'ingénierie à haute température?
Parce qu'il combine un point de fusion élevé avec une ductilité utile et la capacité de former des familles d'alliages résistants à la chaleur utilisés dans la quincaillerie des fours., échangeurs, pièces aérospatiales, et systèmes liés aux turbines.
