1. Perkenalan
Nikel (simbol kimia adalah, nomor atom 28) adalah ulet, logam transisi berwarna putih keperakan yang termasuk golongan 10 dari tabel periodik.
Data termodinamika resmi dari NIST dan Royal Society of Chemistry menegaskan bahwa nikel murni memiliki titik leleh standar 1455 ° C. (2651 ° f, 1728 K).
Unsur logam memiliki titik leleh tunggal dalam istilah praktis, tetapi paduan berbahan dasar nikel biasanya meleleh dalam rentang tertentu karena paduan mengubah suhu solidus dan likuidus.
Perilaku nikel yang meleleh adalah salah satu alasan mengapa nikel banyak digunakan dalam produk tahan korosi dan tahan panas.
Nikel komersial dan paduan berbasis nikel ditemukan dalam peralatan pemrosesan kimia, Penukar panas, perangkat keras tungku, layanan kelautan, dan bagian struktural suhu tinggi, di mana stabilitas termal dan solidifikasi terkendali sama pentingnya dengan kekuatan.
2. Titik Leleh Nikel Murni
Untuk unsur logam, nikel umumnya diperlakukan sebagai a bahan dengan titik leleh tunggal daripada paduan dengan jangkauan luas.
Nilai yang dipublikasikan dari berbagai sumber teknis sangat mirip, itulah yang diinginkan para insinyur dari logam referensi: angka stabil yang dapat digunakan dengan percaya diri dalam desain proses.
Nilai representatif untuk nikel murni
| Bahan | Perilaku meleleh | Arti rekayasa |
| Nikel murni | 1453–1455°C / 2647–2651°F / 1726–1728 K | Unsur nikel pada dasarnya adalah logam yang dapat meleleh tajam dalam penggunaan praktis. |
Perbedaan kecil antara 1453°C dan 1455°C adalah normal untuk data pencairan yang dipublikasikan.
Ini mencerminkan perbedaan kemurnian, metode pengukuran, dan pembulatan konvensi daripada perubahan berarti pada logam itu sendiri.
Untuk tujuan rekayasa, nikel murni harus diperlakukan sebagai logam dengan titik leleh sekitar 1455° C..
3. Paduan Nikel dan Rentang Peleburan
Paduan berbahan dasar nikel tidak berperilaku seperti nikel murni.
Setelah elemen lain ditambahkan, paduan biasanya berkembang a solidus Dan cairan, jadi logam mulai meleleh pada satu suhu dan selesai meleleh pada suhu yang lebih tinggi.
Itulah sebabnya lembar data paduan melaporkan a rentang leleh bukannya satu titik.
| Kelas nikel / paduan | rentang leleh °C | rentang leleh °F | rentang leleh K |
| Nikel 200 / Nikel 201 | 1435–1445°C | 2610–2630°F | 1708.15–1718,15 K |
| Paduan Monel 400 | 1300–1350°C | 2370–2460°F | 1573.15–1623,15 K |
| Paduan INCONEL 600 | 1354–1413°C | 2470–2580°F | 1627.15–1686,15 K |
| Paduan 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 |
| Paduan INCONEL 625 | 1290–1350°C | 2350–2460°F | 1563.15–1623,15 K |
| Paduan 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 |
| Paduan VDM 690 | 1390–1410°C | 2534–2570°F | 1663.15–1683,15 K |
4. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Perilaku Pelelehan Nikel
Kemurnian
Kemurnian adalah faktor pertama dan terpenting.
Nikel murni menunjukkan satu, titik leleh yang jelas, sedangkan nilai murni komersial seperti Nikel 200/201 menunjukkan rentang leleh yang sempit karena perbedaan komposisi yang kecil pun penting.
Semakin dekat bahan tersebut dengan unsur nikel, semakin dekat perilakunya dengan transisi satu titik.
Penambahan paduan
Paduan adalah alasan utama mengapa material nikel mengembangkan rentang leleh.
Penambahan tembaga, kromium, besi, kobalt, Molybdenum, dan elemen lain mengubah stabilitas fasa dan menggeser suhu solidus dan likuidus.
Itu sebabnya Monel 400, Inconel 600, dan ATI 617 masing-masing memiliki interval leleh yang berbeda meskipun semuanya berbahan dasar nikel.
Bentuk dan spesifikasi produk
Produk nikel komersial mungkin diberikan dengan nilai publikasi yang sedikit berbeda tergantung pada formulir produk dan lembar data pemasok.
Hal ini tidak berarti perilaku fundamental logam telah berubah; itu berarti kisaran yang dilaporkan mencerminkan nilai yang sebenarnya, kotoran kecil, dan kondisi produk.
Untuk insinyur proses, ini adalah pengingat untuk menggunakan lembar data pemasok untuk panas atau lot spesifik daripada mengandalkan nilai nikel generik.
Konteks proses termal
Perilaku peleburan nikel harus selalu ditafsirkan dalam konteks. Tungku pengecoran, siklus mematri, dan suatu proses pengelasan tidak menggunakan target termal yang sama.
Kisaran lelehan menentukan berapa banyak ruang termal yang dimiliki operator sebelum logam melunak, mulai mengalir, atau kehilangan bentuk.
Dalam paduan suhu tinggi berbasis nikel, jendela itu adalah bagian inti dari logika desain, bukan sebuah renungan.
5. Fisik & Perubahan Kimia Selama Peleburan Nikel
Perilaku oksidasi
Nikel cair sangat aktif secara kimia. Di atas 1000 ° C., nikel bereaksi cepat dengan oksigen menghasilkan nikel oksida (NiO).
Tanpa perlindungan gas inert, lapisan oksida gelap pekat menutupi permukaan cairan, meningkatkan cacat inklusi terak peleburan.
Peleburan nikel industri harus menggunakan pelindung argon atau peleburan vakum untuk mengisolasi oksigen.
Kelarutan Unsur Gas
Nikel cair memiliki kelarutan hidrogen dan nitrogen yang kuat. Kelarutan gas mencapai puncaknya mendekati titik leleh; gas terlarut yang berlebihan membentuk porositas lubang jarum setelah pemadatan.
Perlakuan degassing wajib dilakukan untuk pengecoran nikel dengan kemurnian tinggi.
Transisi Magnetik
Nikel memiliki feromagnetisme pada suhu kamar. Suhu Curie-nya adalah 358 ° C.; di atas suhu kritis ini, nikel kehilangan daya tariknya secara permanen hingga mendingin.
Hilangnya magnet selama peleburan memfasilitasi pengadukan elektromagnetik dalam tungku peleburan.
6. Cara Menguji Titik Leleh Nikel?
Kalorimetri pemindaian diferensial dan analisis termal diferensial
Untuk penentuan skala laboratorium, DSC Dan DTA adalah alat analisis termal standar untuk menentukan suhu leleh dan kristalisasi bahan murni.
ASTM E794 menyatakan bahwa metode pengujian ini menjelaskan penentuan suhu leleh dan kristalisasi dengan pemindaian kalorimetri diferensial dan analisis termal diferensial., dan bahwa metode ini berguna untuk pengendalian kualitas, penerimaan spesifikasi, dan penelitian.
Dalam praktiknya, kalibrasi dilakukan dengan menggunakan standar referensi yang diketahui, dan logam murni biasanya digunakan sebagai bahan kalibrasi.
Suhu leleh biasanya diambil dari permulaan yang diekstrapolasi transisi, sementara sampel meleleh sepenuhnya pada puncaknya.
Hal ini membuat DSC sangat berguna untuk nikel ketika diperlukan nilai laboratorium yang tepat.
Pirometri optik
Untuk kondisi industri yang sangat panas, Pirometri optik adalah metode non-kontak yang praktis karena mengukur radiasi termal dari benda panas daripada memerlukan kontak fisik.
Hal ini membuatnya berharga untuk observasi tungku, penanganan lelehan, dan pemeriksaan proses suhu tinggi lainnya di mana sensor kontak mungkin tidak praktis.
Perbandingan metode yang praktis
| Metode | Penggunaan terbaik | Kekuatan | Keterbatasan |
| DSC / DTA | Penentuan suhu leleh dan kristalisasi di laboratorium | Baik untuk pengukuran terkontrol dan analisis berbasis kalibrasi | Membutuhkan sampel kecil dan kondisi pengujian terkontrol. |
| Pirometri optik | Pengukuran suhu tungku dan proses | Non-kontak dan cocok untuk permukaan yang sangat panas | Mengukur suhu radiasi di jalur tampilan, jadi pengaturan dan emisivitas penting. |
7. Aplikasi Industri Kontrol Rentang Peleburan Nikel
Pengecoran Presisi
Di dalam casting presisi, rentang leleh menentukan berapa banyak ruang termal yang harus disediakan tungku dan seberapa hati-hati lelehan harus dikelola sebelum dituang.
Nikel murni dan paduan berbasis nikel digunakan dalam komponen tungku, kapal pengolah bahan kimia, penukar, bagian luar angkasa bersuhu tinggi, reaktor nuklir, dan turbin, yang berarti rute pengecoran harus menangani suhu tinggi dan persyaratan servis yang agresif.
Untuk coran paduan, yang penting bukan titik leleh tunggalnya, melainkan titik lelehnya jendela padat-cair.
Paduan berbahan dasar nikel mungkin mulai membeku saat sebagian logamnya masih cair, jadi praktik pengecoran harus memperhitungkan pemberian pakan, penyusutan, dan kontrol solidifikasi di seluruh rentang.
Itu adalah kesimpulan teknik dari interval leleh paduan berbasis nikel yang dipublikasikan.
Pengelasan
Bahan dasar nikel banyak dilas karena dapat disambung melalui proses pengelasan konvensional dan mempertahankan kinerja yang berguna dalam lingkungan yang berat.
Paduan INCONEL 600 digambarkan sebagai mudah disambung dengan proses pengelasan konvensional, dan pabrikan mencantumkan bahan las khusus untuk busur logam berpelindung, busur gas tungsten, dan sambungan busur logam gas.
Paduan MONEL 400 juga digambarkan mudah digabungkan dengan proses konvensional.
Untuk pengelasan, Kontrol rentang leleh penting karena logam dasar tidak boleh terlalu panas melebihi zona fusi yang diinginkan.
Paduan nikel sering dipilih justru karena interval lelehnya, kekuatan, dan respons termal dapat mendukung penggabungan terkontrol dalam aplikasi-aplikasi penting layanan.
Hal ini sangat penting ketika bagian yang dilas harus tetap stabil secara dimensi dan tahan korosi setelah fabrikasi.
Perlakuan panas
Perlakuan panas adalah bidang lain yang memerlukan pengendalian rentang leleh, karena operator harus tetap aman berada di bawah kondisi pencairan awal sambil tetap mencapai siklus termal yang disyaratkan.
KAMI PUNYA 617, Misalnya, biasanya larutan dianil 1175° C. (2150° f), yang berada di bawah kisaran leleh yang dipublikasikan sebesar 1330–1380°C.
Kesenjangan tersebut adalah jendela termal yang dapat digunakan yang memungkinkan perlakuan panas tanpa merusak struktur mikro.
Logika yang sama berlaku secara lebih luas pada paduan berbasis nikel: perlakuan panas harus dipilih dengan mempertimbangkan solidus dan likuidus paduan sehingga bagian tersebut memperoleh kondisi metalurgi yang diinginkan tanpa meleleh sebagian.
Dalam manufaktur praktis, inilah sebabnya paduan nikel biasanya diproses dengan disiplin suhu yang jauh lebih ketat dibandingkan logam dengan titik leleh lebih rendah.
8. Kesimpulan
Titik leleh nikel murni adalah sekitar 1455° C. (1728 K / 2651° f), dengan referensi otoritatif yang mengelompok sangat dekat dengan nilai tersebut.
Sedikit penyebaran pada angka yang dipublikasikan adalah normal dan mencerminkan riwayat pengukuran dan pembulatan, bukan perselisihan rekayasa yang berarti.
Lebih penting lagi, Nilai industri nikel yang sebenarnya terletak pada perubahan perilaku peleburan nikel ketika paduan nikel dilakukan.
Nilai nikel murni komersial meleleh dalam rentang yang sempit, sedangkan paduan berbahan dasar nikel seperti Monel 400, Inconel 600, dan ATI 617 direkayasa berdasarkan interval solidus-liquidusnya sendiri.
Itu sebabnya nikel bukan sekadar logam dengan titik leleh tinggi; ini adalah platform suhu tinggi untuk merancang material tahan korosi dan tahan panas.
FAQ
Berapa titik leleh nikel dalam Celcius dan Fahrenheit?
Nikel murni meleleh pada suhu sekitar 1455° C., yang tentang 2651° f. ASM memberikan nilai yang berkaitan erat 1453° C..
Mengapa paduan nikel memiliki rentang leleh dan bukan satu titik pasti??
Karena paduan mengubah kesetimbangan fasa, jadi bahan tersebut mulai meleleh pada a solidus suhu dan selesai meleleh pada suhu yang lebih tinggi cairan suhu.
Apakah nikel murni lebih mudah diolah dibandingkan nikel paduan?
Belum tentu. Nikel murni memiliki titik leleh yang tajam, namun paduan berbahan dasar nikel sering dipilih karena menawarkan ketahanan korosi yang lebih baik, retensi kekuatan, atau tahan panas untuk layanan yang dimaksud.
Mengapa nikel sangat penting dalam rekayasa suhu tinggi?
Karena menggabungkan titik leleh tinggi dengan keuletan yang berguna dan kemampuan untuk membentuk kelompok paduan tahan panas yang digunakan dalam perangkat keras tungku, penukar, Bagian Aerospace, dan sistem yang berhubungan dengan turbin.
