1. Pengenalan
Nikel (simbol kimia ialah, nombor atom 28) adalah mulur, logam peralihan putih keperakan milik Kumpulan 10 dari jadual berkala.
Data termodinamik berwibawa daripada NIST dan Royal Society of Chemistry mengesahkan bahawa nikel tulen mempunyai takat lebur piawai 1455 ° C. (2651 ° f, 1728 K).
Logam unsur mempunyai takat lebur tunggal dari segi praktikal, tetapi aloi asas nikel biasanya cair dalam julat kerana pengaloian mengubah suhu pepejal dan cecair.
Kelakuan lebur nikel adalah salah satu sebab ia digunakan secara meluas dalam produk tahan kakisan dan tahan haba.
Aloi nikel dan asas nikel komersial terdapat dalam peralatan pemprosesan kimia, penukar haba, perkakasan relau, Perkhidmatan Marin, dan bahagian struktur suhu tinggi, di mana kestabilan haba dan pemejalan terkawal penting sama seperti kekuatan.
2. Takat Lebur Nikel Tulen
Untuk unsur logam, nikel secara amnya dianggap sebagai a bahan takat lebur tunggal bukannya aloi jarak luas.
Nilai yang diterbitkan daripada sumber teknikal yang berbeza sangat rapat, yang mana jurutera mahukan daripada logam rujukan: nombor stabil yang boleh digunakan dengan yakin dalam reka bentuk proses.
Nilai perwakilan untuk nikel tulen
| Bahan | Tingkah laku cair | Makna kejuruteraan |
| Nikel tulen | 1453-1455 ° C. / 2647–2651°F / 1726–1728 K | Unsur nikel pada asasnya adalah logam cair tajam dalam kegunaan praktikal. |
Sebaran kecil antara 1453°C dan 1455°C adalah normal untuk data lebur yang diterbitkan.
Ia mencerminkan perbezaan dalam kesucian, kaedah pengukuran, dan konvensyen pembulatan dan bukannya sebarang perubahan bermakna dalam logam itu sendiri.
Untuk tujuan kejuruteraan, nikel tulen hendaklah dianggap sebagai logam dengan takat lebur kira-kira 1455° C..
3. Aloi Nikel dan Julat Lebur
Aloi asas nikel tidak berkelakuan seperti nikel tulen.
Sebaik sahaja elemen lain ditambah, aloi biasanya berkembang a Solidus dan cecair, jadi logam mula cair pada satu suhu dan selesai cair pada suhu yang lebih tinggi.
Itulah sebabnya lembaran data aloi melaporkan a Julat lebur bukannya satu titik.
| Gred nikel / aloi | julat lebur °C | julat lebur °F | julat lebur K |
| Nikel 200 / Nikel 201 | 1435–1445°C | 2610–2630°F | 1708.15–1718.15 K |
| Aloi Monel 400 | 1300-1350 ° C. | 2370–2460°F | 1573.15–1623.15 K |
| Aloi INCONEL 600 | 1354–1413°C | 2470–2580°F | 1627.15–1686.15 K |
| Aloi 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 |
| Aloi INCONEL 625 | 1290-1350 ° C. | 2350–2460°F | 1563.15–1623.15 K |
| Aloi 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 |
| Aloi VDM 690 | 1390–1410°C | 2534–2570°F | 1663.15–1683.15 K |
4. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Gelagat Lebur Nikel
Kesucian
Kesucian adalah faktor pertama dan paling penting.
Nikel tulen menunjukkan satu, takat lebur yang jelas, manakala gred tulen secara komersial seperti Nikel 200/201 menunjukkan julat lebur yang sempit kerana perbezaan komposisi yang kecil pun penting.
Semakin dekat bahan dengan unsur nikel, semakin hampir ia berkelakuan dengan peralihan satu titik.
Penambahan aloi
Mengaloi adalah sebab utama bahan nikel membangunkan julat lebur.
Penambahan tembaga, Chromium, besi, Cobalt, Molybdenum, dan elemen lain mengubah kestabilan fasa dan mengalihkan suhu pepejal dan cecair.
Itulah sebabnya Monel 400, Inconel 600, dan ATI 617 setiap satu mempunyai selang lebur yang berbeza walaupun semuanya adalah bahan berasaskan nikel.
Bentuk dan spesifikasi produk
Produk nikel komersial mungkin dibekalkan dengan nilai terbitan yang berbeza sedikit bergantung pada bentuk produk dan helaian data pembekal.
Ini tidak bermakna tingkah laku asas logam telah berubah; ini bermakna julat yang dilaporkan mencerminkan gred yang tepat, kekotoran kecil, dan keadaan produk.
Untuk jurutera proses, itu adalah peringatan untuk menggunakan lembaran data pembekal untuk haba atau lot tertentu dan bukannya bergantung pada nilai nikel generik.
Konteks proses terma
Tingkah laku lebur nikel mesti sentiasa ditafsirkan dalam konteks. Relau tuangan, kitaran pematerian, dan proses kimpalan tidak menggunakan sasaran haba yang sama.
Julat cair menentukan berapa banyak ruang kepala haba yang dimiliki oleh pengendali sebelum logam menjadi lembut, mula mengalir, atau kehilangan bentuk.
Dalam aloi suhu tinggi asas nikel, tetingkap itu adalah bahagian teras logik reka bentuk, bukan renungan.
5. Fizikal & Perubahan Kimia Semasa Pencairan Nikel
Tingkah laku pengoksidaan
Nikel cair sangat aktif secara kimia. Di atas 1000 ° C., nikel bertindak balas dengan cepat dengan oksigen untuk menghasilkan nikel oksida (NiO).
Tanpa perlindungan gas lengai, filem oksida gelap yang padat meliputi permukaan cecair, meningkatkan kecacatan kemasukan sanga peleburan.
Pencairan nikel industri mesti menggunakan pelindung argon atau peleburan vakum untuk mengasingkan oksigen.
Keterlarutan Unsur Gas
Nikel cair mempunyai keterlarutan hidrogen dan nitrogen yang kuat. Keterlarutan gas memuncak berhampiran takat lebur; gas terlarut yang berlebihan membentuk keliangan lubang jarum selepas pemejalan.
Rawatan penyahgas adalah wajib untuk tuangan nikel ketulenan tinggi.
Peralihan Magnetik
Nikel mempunyai feromagnetisme pada suhu bilik. Suhu Curie ialah 358 ° C.; melebihi suhu kritikal ini, nikel kehilangan kemagnetan secara kekal sehingga menjadi sejuk.
Kehilangan magnet semasa lebur memudahkan pengacauan elektromagnet dalam relau peleburan.
6. Cara Menguji Takat Lebur Nikel?
Kalorimetri pengimbasan pembezaan dan analisis haba pembezaan
Untuk penentuan skala makmal, DSC dan DTA ialah alat analisis haba piawai untuk menentukan suhu lebur dan penghabluran bahan tulen.
ASTM E794 menyatakan bahawa kaedah ujian ini menerangkan penentuan suhu lebur dan penghabluran oleh kalorimetri pengimbasan pembezaan dan analisis haba pembezaan, dan kaedah itu berguna untuk kawalan kualiti, penerimaan spesifikasi, dan penyelidikan.
Dalam amalan, penentukuran dilakukan menggunakan piawaian rujukan yang diketahui, dan logam tulen biasanya digunakan sebagai bahan penentukuran.
Suhu lebur biasanya diambil dari onset diekstrapolasi daripada peralihan itu, manakala sampel cair sepenuhnya pada puncak.
Itu menjadikan DSC amat berguna untuk nikel apabila nilai makmal yang tepat diperlukan.
Pyrometri optik
Untuk keadaan industri yang sangat panas, pyrometry optik adalah kaedah bukan sentuhan praktikal kerana ia mengukur sinaran haba daripada objek panas dan bukannya memerlukan sentuhan fizikal.
Itu menjadikannya berharga untuk pemerhatian relau, pengendalian cair, dan pemeriksaan proses suhu tinggi lain di mana penderia sentuhan mungkin tidak praktikal.
Perbandingan praktikal kaedah
| Kaedah | Penggunaan terbaik | Kekuatan | Batasan |
| DSC / DTA | Penentuan makmal suhu lebur dan penghabluran | Baik untuk pengukuran terkawal dan analisis berasaskan penentukuran | Memerlukan sampel kecil dan keadaan ujian terkawal. |
| Pyrometri optik | Pengukuran suhu relau dan proses | Tidak bersentuhan dan sesuai untuk permukaan yang sangat panas | Mengukur suhu sinaran dalam laluan tontonan, jadi persediaan dan emisitiviti adalah penting. |
7. Aplikasi Industri Kawalan Julat Lebur Nikel
PrecisionCasting
Dalam Pemutus Precision, julat lebur menentukan berapa banyak ruang kepala terma yang perlu disediakan oleh relau dan betapa berhati-hatinya leburan mesti diuruskan sebelum menuang.
Aloi nikel dan asas nikel tulen digunakan dalam komponen relau, kapal pemprosesan kimia, penukar, bahagian aeroangkasa bersuhu tinggi, Reaktor nuklear, dan turbin, yang bermaksud laluan pemutus perlu mengendalikan kedua-dua suhu tinggi dan keperluan perkhidmatan yang agresif.
Untuk tuangan aloi, titik penting bukanlah takat lebur tunggal tetapi tingkap pepejal-cecair.
Aloi asas nikel mungkin mula membeku sementara sebahagian daripada logam masih cair, jadi amalan faundri mesti mengambil kira pemberian makanan, pengecutan, dan kawalan pemejalan merentasi julat penuh.
Itu adalah inferens kejuruteraan daripada selang lebur aloi asas nikel yang diterbitkan.
Kimpalan
Bahan asas nikel dikimpal secara meluas kerana ia boleh digabungkan dengan proses kimpalan konvensional dan mengekalkan prestasi berguna dalam persekitaran yang mencabar..
Aloi INCONEL 600 digambarkan sebagai mudah disambungkan oleh proses kimpalan konvensional, dan pengilang menyenaraikan bahan kimpalan khusus untuk arka logam terlindung, arka tungsten gas, dan penyambungan arka logam gas.
Aloi MONEL 400 juga digambarkan sebagai mudah disertai oleh proses konvensional.
Untuk kimpalan, kawalan julat lebur penting kerana logam asas tidak boleh terlalu panas melebihi zon peleburan yang dimaksudkan.
Aloi nikel sering dipilih dengan tepat kerana selang leburnya, kekuatan, dan tindak balas haba boleh menyokong penyertaan terkawal dalam aplikasi kritikal perkhidmatan.
Ini amat penting apabila bahagian yang dikimpal mesti kekal stabil dari segi dimensi dan tahan kakisan selepas fabrikasi.
Rawatan haba
Rawatan haba adalah satu lagi kawasan di mana kawalan julat lebur penting, kerana pengendali mesti kekal selamat di bawah sebarang keadaan lebur permulaan sementara masih mencapai kitaran haba yang diperlukan.
KAMI ADA 617, contohnya, biasanya larutan disepuhlindapkan pada 1175° C. (2150° f), yang terletak di bawah julat leburnya yang diterbitkan 1330-1380 ° C..
Jurang itu ialah tetingkap terma yang boleh digunakan yang membolehkan rawatan haba tanpa merosakkan struktur mikro.
Logik yang sama digunakan secara lebih meluas untuk aloi asas nikel: rawatan haba mesti dipilih dengan mengambil kira solidus dan liquidus aloi supaya bahagian tersebut memperoleh keadaan metalurgi yang dimaksudkan tanpa mencairkan sebahagiannya.
Dalam pembuatan praktikal, inilah sebabnya aloi nikel biasanya diproses dengan disiplin suhu yang lebih ketat daripada logam lebur yang lebih rendah.
8. Kesimpulan
Takat lebur nikel tulen adalah kira-kira 1455° C. (1728 K / 2651° f), dengan rujukan berwibawa berkumpul sangat hampir dengan nilai itu.
Sebaran sedikit dalam nombor yang diterbitkan adalah normal dan mencerminkan sejarah pengukuran dan pembundaran, bukan perselisihan kejuruteraan yang bermakna.
Yang lebih penting, nilai industri sebenar nikel terletak pada cara tingkah laku lebur berubah apabila nikel dialoi.
Gred nikel tulen secara komersial cair dalam julat yang sempit, manakala aloi asas nikel seperti Monel 400, Inconel 600, dan ATI 617 direka bentuk sekitar selang solidus-liquidus mereka sendiri.
Itulah sebabnya nikel bukan sekadar logam yang mempunyai takat lebur yang tinggi; ia adalah platform suhu tinggi untuk mereka bentuk bahan tahan kakisan dan tahan haba.
Soalan Lazim
Apakah takat lebur nikel dalam Celsius dan Fahrenheit?
Nikel tulen cair kira-kira 1455° C., iaitu kira-kira 2651° f. ASM memberikan nilai yang berkait rapat dengan 1453° C..
Mengapa aloi nikel mempunyai julat lebur dan bukannya satu titik tepat?
Kerana pengaloian mengubah keseimbangan fasa, jadi bahan mula cair pada a Solidus suhu dan selesai mencair pada yang lebih tinggi cecair suhu.
Adakah nikel tulen lebih mudah diproses daripada aloi nikel?
Tidak semestinya. Nikel tulen mempunyai takat lebur yang tajam, tetapi aloi asas nikel sering dipilih kerana ia menawarkan rintangan kakisan yang lebih baik, pengekalan kekuatan, atau rintangan haba untuk perkhidmatan yang dimaksudkan.
Mengapa nikel sangat penting dalam kejuruteraan suhu tinggi?
Kerana ia menggabungkan takat lebur yang tinggi dengan kemuluran yang berguna dan keupayaan untuk membentuk keluarga aloi tahan haba yang digunakan dalam perkakasan relau, penukar, bahagian aeroangkasa, dan sistem berkaitan turbin.
