1. Įvadas
Nikelis (cheminis simbolis yra, atominis skaičius 28) yra plastiškas, sidabriškai baltas pereinamasis metalas, priklausantis grupei 10 periodinės lentelės.
Autoritetingi termodinaminiai NIST ir Karališkosios chemijos draugijos duomenys patvirtina, kad gryno nikelio standartinė lydymosi temperatūra yra 1455 ° C. (2651 ° F., 1728 K).
Elementarus metalas praktiškai turi vieną lydymosi temperatūrą, bet nikelio pagrindo lydiniai paprastai išsilydo tam tikru diapazonu, nes lydymas keičia kietojo ir skysčio temperatūros.
Nikelio lydymosi elgsena yra viena iš priežasčių, kodėl jis taip plačiai naudojamas korozijai ir karščiui atspariuose gaminiuose.
Komercinis nikelis ir nikelio pagrindo lydiniai randami cheminio apdorojimo įrenginiuose, Šilumokaičiai, krosnies aparatūra, jūrų tarnyba, ir aukštos temperatūros konstrukcijų dalys, kur terminis stabilumas ir kontroliuojamas kietėjimas yra svarbūs tiek pat, kiek stiprumas.
2. Gryno nikelio lydymosi temperatūra
Dėl elementaraus metalo, nikelis paprastai traktuojamas kaip a vienos lydymosi temperatūros medžiaga o ne plataus diapazono lydinys.
Paskelbtos vertės iš skirtingų techninių šaltinių yra labai artimos, ko inžinieriai nori iš etaloninio metalo: stabilus skaičius, kurį galima užtikrintai naudoti kuriant procesą.
Tipinės gryno nikelio vertės
| Medžiaga | Lydymosi elgesys | Inžinerinė prasmė |
| Grynas nikelis | 1453–1455°C / 2647–2651°F / 1726– 1728 tūkst | Elementinis nikelis iš esmės yra praktiškai tirpstantis metalas. |
Nedidelis pasiskirstymas tarp 1453 °C ir 1455 °C yra normalus skelbiamiems lydymosi duomenims.
Tai atspindi grynumo skirtumus, matavimo metodas, ir apvalinimo konvencijos, o ne bet kokie reikšmingi paties metalo pokyčiai.
Inžineriniams tikslams, grynas nikelis turėtų būti traktuojamas kaip metalas, kurio lydymosi temperatūra yra apie 1455° C..
3. Nikelio lydiniai ir lydymosi diapazonai
Nikelio pagrindo lydiniai nesielgia kaip grynas nikelis.
Pridėjus kitus elementus, lydinys dažniausiai išsivysto a solidus ir skystis, taigi metalas pradeda lydytis vienoje temperatūroje, o baigia – aukštesnėje.
Štai kodėl lydinių duomenų lapuose nurodoma a lydymosi diapazonas vietoj vieno taško.
| Nikelio klasė / lydinys | lydymosi intervalas °C | lydymosi diapazonas °F | lydymosi diapazonas K |
| Nikelis 200 / Nikelis 201 | 1435–1445°C | 2610–2630°F | 1708.15–1718,15 tūkst |
| Monelio lydinys 400 | 1300–1350 ° C. | 2370–2460°F | 1573.15–1623,15 tūkst |
| INCONEL lydinys 600 | 1354–1413°C | 2470–2580°F | 1627.15–1686,15 tūkst |
| VDM lydinys 601 | 1330–1370°C | 2426–2498°F | 1603.15–1643,15 tūkst |
| HAYNES / INCONEL 617 | 1330–1375°C | 2430–2510°F | 1603.15–1648,15 tūkst |
| INCONEL lydinys 625 | 1290–1350 ° C. | 2350–2460°F | 1563.15–1623,15 tūkst |
| INCONEL lydinys 718 | 1260–1336°C | 2300–2437°F | 1533.15–1609,15 tūkst |
| HASTELLOY C-276 | 1323–1371°C | 2415–2500°F | 1596.15–1644,15 tūkst |
| VDM lydinys 690 | 1390–1410°C | 2534–2570°F | 1663.15–1683,15 tūkst |
4. Veiksniai, turintys įtakos nikelio tirpimui
Grynumas
Grynumas yra pirmasis ir svarbiausias veiksnys.
Grynas nikelis rodo vieną, aiškiai apibrėžta lydymosi temperatūra, o komerciškai grynos rūšys, tokios kaip nikelis 200/201 rodo siaurą lydymosi diapazoną, nes svarbūs net nedideli sudėties skirtumai.
Kuo medžiaga arčiau elementinio nikelio, tuo jis elgiasi arčiau vieno taško perėjimo.
Legiravimo priedai
Legiravimas yra pagrindinė priežastis, dėl kurios nikelio medžiagos sukuria lydymosi intervalus.
Vario priedai, Chromas, lygintuvas, kobaltas, molibdenas, ir kiti elementai keičia fazės stabilumą ir keičia kietojo ir likvidumo temperatūras.
Štai kodėl Monelis 400, Inconel 600, ir ATI 617 kiekvienas turi skirtingą lydymosi intervalą, nors visos yra nikelio pagrindu pagamintos medžiagos.
Prekės forma ir specifikacija
Komerciniai nikelio gaminiai gali būti tiekiami su šiek tiek skirtingomis paskelbtomis vertėmis, atsižvelgiant į gaminio formą ir tiekėjo duomenų lapą.
Tai nereiškia, kad pasikeitė esminis metalo elgesys; tai reiškia, kad nurodytas diapazonas atspindi tikslų įvertinimą, smulkių priemaišų, ir gaminio būklę.
Proceso inžinieriams, tai yra priminimas naudoti tiekėjo duomenų lapą konkrečiai šilumai ar partijai, o ne pasikliauti bendra nikelio verte.
Šiluminio proceso kontekstas
Nikelio tirpimo elgsena visada turi būti aiškinama kontekste. Liejimo krosnis, litavimo ciklas, ir suvirinimo procese nenaudojamas tas pats terminis taikinys.
Lydymosi diapazonas nustato, kiek operatorius turi šiluminės erdvės, kol metalas suminkštėja, pradeda tekėti, arba praranda formą.
Nikelio pagrindo aukštos temperatūros lydiniuose, kad langas yra pagrindinė dizaino logikos dalis, ne pasekmes.
5. Fizinis & Cheminiai pokyčiai nikelio lydymosi metu
Oksidacijos elgesys
Išlydytas nikelis yra labai chemiškai aktyvus. Aukščiau 1000 ° C., nikelis greitai reaguoja su deguonimi ir susidaro nikelio oksidas (NiO).
Be apsaugos nuo inertinių dujų, tanki tamsaus oksido plėvelė dengia skysčio paviršių, didėjantys lydymosi šlako įtraukimo defektai.
Pramoninis nikelio lydymas turi būti padengtas argonu arba vakuuminiu lydymu, kad būtų izoliuotas deguonis.
Dujų elementų tirpumas
Išlydytas nikelis stipriai tirpsta vandenilyje ir azote. Dujų tirpumo didžiausias yra netoli lydymosi temperatūros; per daug ištirpusių dujų po kietėjimo susidaro skylutės poringumas.
Labai gryno nikelio liejiniams degazuoti būtina.
Magnetinis perėjimas
Nikelis turi feromagnetizmą kambario temperatūroje. Jo Curie temperatūra yra 358 ° C.; viršija šią kritinę temperatūrą, nikelis visam laikui praranda magnetizmą, kol atvės.
Magnetinis išnykimas lydymosi metu palengvina elektromagnetinį maišymą lydymo krosnyse.
6. Kaip patikrinti nikelio lydymosi temperatūrą?
Diferencinė nuskaitymo kalorimetrija ir diferencinė terminė analizė
Laboratorinio masto nustatymui, DSC ir DTA yra standartinės šiluminės analizės įrankiai grynų medžiagų lydymosi ir kristalizacijos temperatūrai nustatyti.
ASTM E794 teigiama, kad šiuo bandymo metodu aprašomas lydymosi ir kristalizacijos temperatūrų nustatymas diferencine skenuojančia kalorimetrija ir diferencine termine analize., ir kad metodas yra naudingas kokybės kontrolei, specifikacijos priėmimas, ir tyrimai.
Praktiškai, kalibravimas atliekamas naudojant žinomus etaloninius standartus, o gryni metalai dažniausiai naudojami kaip kalibravimo medžiagos.
Lydymosi temperatūra paprastai paimama iš ekstrapoliuota pradžia perėjimo, kol mėginys visiškai išsilydo pasiekęs piką.
Dėl to DSC ypač naudinga nikeliui, kai reikia tikslios laboratorinės vertės.
Optinė pirometrija
Labai karštoms pramoninėms sąlygoms, optinė pirometrija yra praktiškas nekontaktinis metodas, nes matuoja karšto objekto šiluminę spinduliuotę, o ne reikalauja fizinio kontakto.
Dėl to jis vertingas krosnies stebėjimams, lydalo tvarkymas, ir kiti aukštos temperatūros proceso patikrinimai, kai kontaktiniai jutikliai gali būti nepraktiški.
Praktinis metodų palyginimas
| Metodas | Geriausias naudojimas | Stiprybė | Apribojimas |
| DSC / DTA | Lydymosi ir kristalizacijos temperatūrų laboratorinis nustatymas | Tinka kontroliuojamiems matavimams ir kalibravimu pagrįstai analizei | Reikia mažų mėginių ir kontroliuojamų bandymo sąlygų. |
| Optinė pirometrija | Krosnies ir proceso temperaturos matavimas | Nekontaktinis ir tinka labai karštiems paviršiams | Matuoja spinduliavimo temperatūrą žiūrėjimo kelyje, todėl svarbu sąranka ir spinduliuotė. |
7. Nikelio lydymosi diapazono valdymo pramoninis pritaikymas
PrecisionCasting
Į precizinis liejimas, lydymosi diapazonas lemia, kiek šiluminės erdvės turi sudaryti krosnis ir kaip kruopščiai lydalas turi būti tvarkomas prieš pilant.
Krosnies komponentuose naudojamas grynas nikelis ir nikelio pagrindo lydiniai, cheminio apdorojimo indai, keitikliai, aukštos temperatūros aerokosminės dalys, branduoliniai reaktoriai, ir turbinos, Tai reiškia, kad liejimo maršrutas turi atitikti aukštą temperatūrą ir agresyvius aptarnavimo reikalavimus.
Lydinių liejiniams, Svarbus taškas yra ne vienintelė lydymosi temperatūra, o kietas-skystis langas.
Nikelio pagrindo lydinys gali pradėti užšalti, kol dalis metalo vis dar yra skysta, todėl liejyklos praktika turi atsižvelgti į šėrimą, susitraukimas, ir kietėjimo valdymas visame diapazone.
Tai yra inžinerinė išvada iš paskelbtų nikelio pagrindo lydinių lydymosi intervalų.
Suvirinimas
Nikelio pagrindo medžiagos yra plačiai suvirinamos, nes jas galima sujungti įprastais suvirinimo procesais ir išlaikyti naudingą našumą sudėtingoje aplinkoje..
INCONEL lydinys 600 apibūdinamas kaip lengvai sujungiamas naudojant įprastinius suvirinimo procesus, o gamintojas išvardija specifines suvirinimo medžiagas, skirtas ekranuotiems metaliniams lankams, dujų volframo lankas, ir dujinis metalo-lanko sujungimas.
MONEL lydinys 400 taip pat apibūdinamas kaip lengvai sujungiamas įprastiniais procesais.
Suvirinimui, Lydymosi diapazono kontrolė yra svarbi, nes netauriųjų metalų negalima perkaitinti už numatytos lydymosi zonos.
Nikelio lydiniai dažnai parenkami būtent dėl jų lydymosi intervalų, stiprybė, ir šiluminis atsakas gali palaikyti kontroliuojamą prisijungimą prie svarbių paslaugų programų.
Tai ypač svarbu, kai suvirintoji dalis po pagaminimo turi išlikti stabilių matmenų ir atspari korozijai.
Terminis apdorojimas
Terminis apdorojimas yra dar viena sritis, kurioje svarbu kontroliuoti lydymosi diapazoną, nes operatorius turi saugiai išlikti žemiau bet kokių prasidedančių lydymosi sąlygų, kol vis tiek pasiekia reikiamą terminį ciklą.
MES TURĖJOME 617, pavyzdžiui, paprastai tirpalas atkaitinamas 1175° C. (2150° F.), kuris yra žemiau paskelbto lydymosi diapazono 1330–1380 ° C..
Šis tarpas yra naudojamas terminis langas, kuris leidžia termiškai apdoroti nesugriuvus mikrostruktūrai.
Ta pati logika plačiau taikoma nikelio lydiniams: terminis apdorojimas turi būti parinktas atsižvelgiant į lydinio kietumą ir skystumą, kad dalis įgytų numatytą metalurginę būseną iš dalies neištirpdama.
Praktinėje gamyboje, štai kodėl nikelio lydiniai paprastai apdorojami laikantis daug griežtesnės temperatūros disciplinos nei žemesnio lydymosi metalai.
8. Išvada
Gryno nikelio lydymosi temperatūra yra apie 1455° C. (1728 K / 2651° F.), su autoritetingomis nuorodomis, sugrupuotomis labai arti šios vertės.
Nedidelis paskelbtų skaičių skirtumas yra normalus ir atspindi matavimų istoriją bei apvalinimą, nėra prasmingas inžinerinis nesutarimas.
Dar svarbiau, Tikroji nikelio pramoninė vertė slypi tame, kad lydymosi elgsena pasikeičia, kai nikelis yra legiruojamas.
Komerciniu požiūriu grynas nikelis išsilydo siaurame diapazone, nikelio pagrindo lydiniai, tokie kaip Monel 400, Inconel 600, ir ATI 617 yra sukurti pagal savo solidus-liquidus intervalus.
Štai kodėl nikelis yra ne tik metalas, turintis aukštą lydymosi temperatūrą; tai aukštos temperatūros platforma, skirta korozijai ir karščiui atsparių medžiagų projektavimui.
DUK
Kokia yra nikelio lydymosi temperatūra Celsijaus ir Farenheito laipsniais?
Grynas nikelis išsilydo maždaug 1455° C., kuri yra apie 2651° F.. ASM suteikia glaudžiai susijusią vertę 1453° C..
Kodėl nikelio lydiniai turi lydymosi intervalus, o ne vieną tikslų tašką?
Kadangi legiravimas keičia fazių pusiausvyrą, todėl medžiaga pradeda tirpti ties a solidus temperatūra ir baigia lydyti aukštesnėje temperatūroje skystis temperatūra.
Ar gryną nikelį lengviau apdoroti nei nikelio lydinius?
Nebūtinai. Grynas nikelis turi aštrų lydymosi tašką, tačiau dažnai pasirenkami nikelio pagrindo lydiniai, nes jie pasižymi geresniu atsparumu korozijai, jėgos išlaikymas, arba atsparumas karščiui numatytai paslaugai.
Kodėl nikelis yra toks svarbus aukštos temperatūros inžinerijoje??
Kadangi jis sujungia aukštą lydymosi temperatūrą su naudingu lankstumu ir galimybe sudaryti karščiui atsparių lydinių šeimas, naudojamas krosnies techninėje įrangoje, keitikliai, aerokosminės dalys, ir su turbinomis susijusios sistemos.
