1. Bevezetés
Nikkel (vegyjele az, atomszám 28) egy képlékeny, csoporthoz tartozó ezüst-fehér átmenetifém 10 a periódusos rendszerből.
A NIST és a Royal Society of Chemistry hiteles termodinamikai adatai megerősítik, hogy a tiszta nikkel szabványos olvadáspontja: 1455 ° C (2651 ° F, 1728 K -).
Az elemi fémnek a gyakorlatban egyetlen olvadáspontja van, de a nikkel alapú ötvözetek általában egy bizonyos tartományon belül megolvadnak, mert az ötvözés megváltoztatja a szolidusz és a likvidus hőmérsékletet.
A nikkel olvadási viselkedése az egyik oka annak, hogy olyan széles körben használják korrózióálló és hőálló termékekben.
A kereskedelemben kapható nikkel és nikkelalapú ötvözetek megtalálhatók a vegyi feldolgozó berendezésekben, hőcserélők, kemence hardver, tengeri szolgálat, és magas hőmérsékletű szerkezeti részek, ahol a hőstabilitás és a szabályozott szilárdulás éppúgy számít, mint az erő.
2. A tiszta nikkel olvadáspontja
Az elemi fémhez, a nikkelt általában a egy olvadáspontú anyag nem pedig egy széles körű ötvözet.
A különböző műszaki forrásokból származó publikált értékek rendkívül közel állnak egymáshoz, amit a mérnökök akarnak egy referenciafémtől: stabil szám, amely magabiztosan használható a folyamattervezésben.
Reprezentatív értékek a tiszta nikkelre
| Anyag | Olvadási viselkedés | Mérnöki jelentés |
| Tiszta nikkel | 1453-1455 °C / 2647-2651°F / 1726– 1728 K | Az elemi nikkel a gyakorlatban lényegében élesen olvadó fém. |
Az 1453 °C és 1455 °C közötti kis szórás normális a közzétett olvadási adatoknál.
A tisztaságbeli különbségeket tükrözi, mérési módszer, és a kerekítési konvenciók, semmint magában a fémben bekövetkezett bármilyen jelentős változás.
Mérnöki célokra, a tiszta nikkelt fémként kell kezelni, amelynek olvadáspontja kb 1455° C.
3. Nikkelötvözetek és olvadási tartományok
A nikkel alapú ötvözetek nem úgy viselkednek, mint a tiszta nikkel.
Ha más elemeket ad hozzá, az ötvözet általában a Solidus és folyékony, így a fém egy hőmérsékleten kezd olvadni, és egy magasabb hőmérsékleten fejezi be az olvadást.
Éppen ezért az ötvözet adatlapok a olvadási tartomány egyetlen pont helyett.
| Nikkel minőségű / ötvözet | olvadási tartomány °C | olvadási tartomány °F | olvadási tartomány K |
| Nikkel 200 / Nikkel 201 | 1435-1445 °C | 2610-2630°F | 1708.15–1718,15 K |
| Monel ötvözet 400 | 1300-1350°C | 2370–2460°F | 1573.15–1623,15 K |
| INCONEL ötvözet 600 | 1354-1413 °C | 2470–2580°F | 1627.15–1686,15 K |
| VDM ötvözet 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 ötvözet 625 | 1290-1350°C | 2350–2460°F | 1563.15–1623,15 K |
| INCONEL ötvözet 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 ötvözet 690 | 1390-1410°C | 2534-2570°F | 1663.15–1683,15 K |
4. A nikkel olvadási viselkedését befolyásoló tényezők
Tisztaság
A tisztaság az első és legfontosabb tényező.
A tiszta nikkel egyetlent mutat, élesen meghatározott olvadáspont, míg a kereskedelmileg tiszta minőségek, mint például a nikkel 200/201 szűk olvadási tartományt mutatnak, mert a kis összetételbeli különbségek is számítanak.
Minél közelebb van az anyag az elemi nikkelhez, annál közelebb viselkedik az egypontos átmenethez.
Ötvöző adalékok
Az ötvözés a fő oka annak, hogy a nikkel anyagok olvadási tartományokat alakítanak ki.
Réz adalékok, króm, vas, kobalt, molibdén, és más elemek megváltoztatják a fázisstabilitást, és eltolják a szolidusz és a likvidus hőmérsékletét.
Ezért Monel 400, Kuncol 600, és ATI 617 mindegyiknek más az olvadási intervalluma, bár mindegyik nikkel alapú anyag.
A termék formája és specifikációja
A kereskedelmi forgalomba kerülő nikkeltermékeket a termék formájától és a szállítói adatlaptól függően kissé eltérő közzétett értékekkel szállíthatjuk.
Ez nem jelenti azt, hogy a fém alapvető viselkedése megváltozott; ez azt jelenti, hogy a jelentett tartomány a pontos osztályzatot tükrözi, kisebb szennyeződések, és a termék állapota.
Folyamatmérnökök számára, ez arra emlékeztet, hogy az adott hőre vagy tételre vonatkozóan a szállítói adatlapot kell használni, nem pedig általános nikkelértékre hagyatkozni..
Termikus folyamat összefüggései
A nikkel olvadási viselkedését mindig kontextusban kell értelmezni. Öntő kemence, egy keményforrasztó ciklus, és egy hegesztési folyamat nem ugyanazt a termikus célt használja.
Az olvadási tartomány határozza meg, hogy a kezelőnek mekkora hőmagassága van, mielőtt a fém meglágyul, folyni kezd, vagy elveszti alakját.
Nikkelbázisú, magas hőmérsékletű ötvözetekben, ez az ablak a tervezési logika alapvető része, nem utólagos gondolat.
5. Fizikai & Kémiai változások a nikkel olvadása során
Oxidációs viselkedés
Az olvadt nikkel kémiailag nagyon aktív. Felett 1000 ° C, a nikkel gyorsan reagál az oxigénnel, és nikkel-oxidot képez (NiO).
Inert gáz védelem nélkül, sűrű sötét oxidfilm borítja a folyadék felületét, növekvő olvasztási salakzárvány-hibák.
Az ipari nikkel olvasztásának argon árnyékolást vagy vákuum olvasztást kell alkalmaznia az oxigén elkülönítéséhez.
A gázelemek oldhatósága
Az olvadt nikkel erős hidrogén- és nitrogénoldékonysággal rendelkezik. A gáz oldhatósága az olvadáspont közelében tetőzik; a túl sok oldott gáz megszilárdulás után lyukporozitást képez.
A nagy tisztaságú nikkelöntvények gáztalanítása kötelező.
Mágneses átmenet
A nikkel szobahőmérsékleten ferromágnesességgel rendelkezik. Curie hőmérséklete 358 ° C; e kritikus hőmérséklet felett, a nikkel kihűléséig tartósan elveszíti mágnesességét.
Az olvasztás közbeni mágneses eltűnés elősegíti az elektromágneses keverést az olvasztókemencékben.
6. Hogyan teszteljük a nikkel olvadáspontját?
Differenciális pásztázó kalorimetria és differenciális termikus elemzés
Laboratóriumi méretű meghatározáshoz, DSC és DTA a szabványos hőelemző eszközök a tiszta anyagok olvadási és kristályosodási hőmérsékletének meghatározására.
Az ASTM E794 szerint ez a vizsgálati módszer az olvadási és kristályosodási hőmérséklet meghatározását írja le differenciális pásztázó kalorimetriával és differenciális termikus elemzéssel., és hogy a módszer hasznos a minőségellenőrzés szempontjából, specifikáció elfogadása, és kutatás.
Gyakorlatban, a kalibrálás ismert referenciastandardok segítségével történik, és általában tiszta fémeket használnak kalibrációs anyagokként.
Az olvadási hőmérsékletet jellemzően a extrapolált kezdet az átmenetről, míg a minta a csúcson teljesen megolvad.
Ez teszi a DSC-t különösen hasznossá a nikkel esetében, amikor pontos laborértékre van szükség.
Optikai pirometria
Nagyon meleg ipari körülményekhez, optikai pirometria praktikus, érintésmentes módszer, mivel a forró tárgy hősugárzását méri, nem pedig fizikai érintkezést igényel.
Ez értékessé teszi a kemence megfigyeléséhez, olvadékkezelés, és más magas hőmérsékletű folyamatellenőrzések, ahol az érintkezőérzékelők nem használhatók.
A módszerek gyakorlati összehasonlítása
| Módszer | A legjobb felhasználás | Erő | Korlátozás |
| DSC / DTA | Olvadási és kristályosodási hőmérséklet laboratóriumi meghatározása | Ellenőrzött mérésekhez és kalibráció alapú elemzésekhez alkalmas | Kis mintákat és ellenőrzött vizsgálati körülményeket igényel. |
| Optikai pirometria | Kemence és folyamat hőmérsékletmérés | Érintkezésmentes és nagyon forró felületekre alkalmas | A sugárzási hőmérsékletet méri a látómezőben, szóval a beállítás és az emissziós tényező számít. |
7. A nikkel olvadási tartomány szabályozásának ipari alkalmazásai
PrecisionCasting
-Ben precíziós öntés, az olvadási tartomány határozza meg, hogy mekkora hőmagasságot kell biztosítania a kemence számára, és milyen gondosan kell kezelni az olvadékot az öntés előtt.
A kemence alkatrészekben tiszta nikkelt és nikkelalapú ötvözeteket használnak, vegyi feldolgozó edények, hőcserélők, magas hőmérsékletű repülőgép-alkatrészek, atomreaktorok, és turbinák, ami azt jelenti, hogy az öntési útvonalnak meg kell felelnie a magas hőmérsékletnek és az agresszív szolgáltatási követelményeknek is.
Ötvözetöntvényekhez, a fontos pont nem az egyetlen olvadáspont, hanem az szilárd-folyékony ablak.
A nikkel alapú ötvözet elkezdhet megfagyni, miközben a fém egy része még folyékony, tehát az öntödei gyakorlatnak számolnia kell a takarmányozással, zsugorodás, és a szilárdulás szabályozása a teljes tartományban.
Ez egy mérnöki következtetés a nikkelalapú ötvözetek közzétett olvadási intervallumaiból.
Hegesztés
A nikkel alapú anyagokat széles körben hegesztik, mivel hagyományos hegesztési eljárásokkal összeilleszthetők, és megőrzik hasznos teljesítményüket igényes környezetben.
INCONEL ötvözet 600 A leírás szerint a hagyományos hegesztési eljárásokkal könnyen összeilleszthető, és a gyártó felsorolja a speciális hegesztőanyagokat az árnyékolt fémívhez, gáz wolfram ív, és gáz fém-ív csatlakozás.
MONEL ötvözet 400 úgy is leírják, hogy a hagyományos eljárásokkal könnyen összekapcsolható.
Hegesztéshez, Az olvadási tartomány szabályozása fontos, mert az alapfémet nem szabad túlhevíteni a tervezett fúziós zónán túl.
A nikkelötvözeteket gyakran éppen az olvadási intervallumuk miatt választják ki, erő, a termikus válasz pedig támogathatja a kontrollált összekapcsolást a szolgáltatáskritikus alkalmazásokban.
Ez különösen akkor fontos, ha a hegesztett alkatrésznek méretstabilnak és korrózióállónak kell maradnia a gyártás után.
Hőkezelés
A hőkezelés egy másik terület, ahol az olvadási tartomány szabályozása számít, mert a kezelőnek biztonságosan minden kezdődő olvadási körülmény alatt kell maradnia, miközben el kell érnie a szükséges hőciklust.
VOLTUNK 617, például, általában oldatban lágyítják 1175° C (2150° F), amely a közzétett olvadási tartománya alatt van 1330-1380 °C.
Ez a rés a használható hőablak, amely lehetővé teszi a hőkezelést a mikrostruktúra összeomlása nélkül.
Ugyanez a logika tágabb értelemben érvényes a nikkel alapú ötvözetekre is: A hőkezelést az ötvözet szilárd és likvidusának szem előtt tartásával kell megválasztani, hogy az alkatrész részleges megolvadás nélkül nyerje el a kívánt metallurgiai állapotot.
A gyakorlati gyártásban, ezért a nikkelötvözeteket általában sokkal szigorúbb hőmérsékleti fegyelem mellett dolgozzák fel, mint az alacsonyabb olvadáspontú fémeket.
8. Következtetés
A tiszta nikkel olvadáspontja kb 1455° C (1728 K - / 2651° F), az ehhez az értékhez nagyon közel álló hiteles hivatkozásokkal.
A közzétett számok enyhe eltérése normális, és a mérési előzményeket és a kerekítést tükrözi, nem értelmes mérnöki nézeteltérés.
Még fontosabb, A nikkel valódi ipari értéke abban rejlik, ahogy az olvadási viselkedés megváltozik a nikkel ötvözésekor.
A kereskedelmileg tiszta nikkel minőségek szűk tartományban olvadnak meg, míg a nikkel alapú ötvözetek, mint például a Monel 400, Kuncol 600, és ATI 617 saját solidus-liquidus intervallumuk köré vannak kialakítva.
Ezért a nikkel nem csak egy magas olvadáspontú fém; ez egy magas hőmérsékletű platform korrózióálló és hőálló anyagok tervezésére.
GYIK
Mi a nikkel olvadáspontja Celsius és Fahrenheit fokban?
A tiszta nikkel kb 1455° C, ami kb 2651° F. Az ASM szorosan összefüggő értékét adja meg 1453° C.
Miért van a nikkelötvözetek olvadáspontja egy pontos pont helyett??
Mivel az ötvözés megváltoztatja a fázisegyensúlyt, így az anyag olvadni kezd a Solidus hőmérsékleten és magasabb olvadáson fejeződik be folyékony hőmérséklet.
A tiszta nikkel könnyebben feldolgozható, mint a nikkelötvözetek?
Nem feltétlenül. A tiszta nikkelnek éles olvadáspontja van, de gyakran nikkel alapú ötvözeteket választanak, mert jobb korrózióállóságot biztosítanak, erő megtartása, vagy hőállóság a tervezett szolgáltatáshoz.
Miért olyan fontos a nikkel a magas hőmérsékletű gyártásban??
Mivel egyesíti a magas olvadáspontot a hasznos alakíthatósággal és a kemence vasalatokban használt hőálló ötvözetcsaládok kialakításának képességével, hőcserélők, repülőgép-alkatrészek, és a turbinákkal kapcsolatos rendszerek.
