1. Introdução
Níquel (símbolo químico é, número atômico 28) é dúctil, metal de transição branco prateado pertencente ao Grupo 10 da tabela periódica.
Dados termodinâmicos oficiais do NIST e da Royal Society of Chemistry confirmam que o níquel puro tem um ponto de fusão padrão de 1455 °C (2651 °F, 1728 K).
O metal elementar tem um único ponto de fusão em termos práticos, mas as ligas à base de níquel geralmente derretem em uma faixa porque a liga altera as temperaturas solidus e liquidus.
O comportamento de fusão do níquel é uma das razões pelas quais ele é tão amplamente utilizado em produtos resistentes à corrosão e ao calor..
Ligas comerciais de níquel e à base de níquel são encontradas em equipamentos de processamento químico, trocadores de calor, ferragens do forno, Serviço marinho, e peças estruturais de alta temperatura, onde a estabilidade térmica e a solidificação controlada são tão importantes quanto a resistência.
2. O ponto de fusão do níquel puro
Para o metal elementar, o níquel é geralmente tratado como um material com ponto de fusão único em vez de uma liga de ampla gama.
Os valores publicados de diferentes fontes técnicas são extremamente próximos, que é o que os engenheiros querem de um metal de referência: um número estável que pode ser usado com segurança no projeto de processos.
Valores representativos para níquel puro
| Material | Comportamento de fusão | Significado de engenharia |
| Níquel puro | 1453–1455 ° C. / 2647–2.651°F / 1726–1728K | O níquel elementar é essencialmente um metal de fusão acentuada em uso prático. |
A pequena dispersão entre 1453°C e 1455°C é normal para dados de fusão publicados.
Reflete diferenças de pureza, método de medição, e convenções de arredondamento, em vez de qualquer mudança significativa no próprio metal.
Para fins de engenharia, o níquel puro deve ser tratado como um metal com ponto de fusão de cerca de 1455°C.
3. Ligas de níquel e faixas de fusão
As ligas à base de níquel não se comportam como o níquel puro.
Depois que outros elementos forem adicionados, a liga geralmente desenvolve uma Solidus e líquido, então o metal começa a derreter em uma temperatura e termina de derreter em uma temperatura mais alta.
É por isso que as folhas de dados de ligas relatam um faixa de fusão em vez de um único ponto.
| Grau de níquel / liga | faixa de fusão °C | faixa de fusão °F | faixa de fusão K |
| Níquel 200 / Níquel 201 | 1435–1445ºC | 2610–2.630°F | 1708.15–1718,15K |
| Liga Monel 400 | 1300–1350 ° C. | 2370–2.460°F | 1573.15–1623,15K |
| Liga INCONEL 600 | 1354–1413ºC | 2470–2580°F | 1627.15–1686,15K |
| Liga VDM 601 | 1330–1370ºC | 2426–2.498°F | 1603.15–1643,15K |
| HAYNES / INCONEL 617 | 1330–1375ºC | 2430–2510°F | 1603.15–1648,15K |
| Liga INCONEL 625 | 1290–1350 ° C. | 2350–2.460°F | 1563.15–1623,15K |
| Liga INCONEL 718 | 1260–1336ºC | 2300–2.437°F | 1533.15–1609,15K |
| HASTELLOY C-276 | 1323–1371ºC | 2415–2500°F | 1596.15–1644,15K |
| Liga VDM 690 | 1390–1410ºC | 2534–2570°F | 1663.15–1683,15K |
4. Fatores que influenciam o comportamento de fusão do níquel
Pureza
Pureza é o primeiro e mais importante fator.
O níquel puro apresenta um único, ponto de fusão bem definido, enquanto classes comercialmente puras, como Níquel 200/201 mostram uma faixa de fusão estreita porque mesmo pequenas diferenças de composição são importantes.
Quanto mais próximo o material estiver do níquel elementar, quanto mais próximo ele se comporta de uma transição de um ponto.
Adições de liga
A liga é a principal razão pela qual os materiais de níquel desenvolvem faixas de fusão.
Adições de cobre, cromo, ferro, cobalto, molibdênio, e outros elementos alteram a estabilidade da fase e mudam as temperaturas solidus e liquidus.
É por isso que Monel 400, Inconel 600, e ATI 617 cada um tem um intervalo de fusão diferente, embora todos sejam materiais à base de níquel.
Forma e especificação do produto
Os produtos comerciais de níquel podem ser fornecidos com valores publicados ligeiramente diferentes, dependendo da forma do produto e da ficha técnica do fornecedor..
Isto não significa que o comportamento fundamental do metal tenha mudado; isso significa que o intervalo relatado reflete a nota exata, impurezas menores, e condição do produto.
Para engenheiros de processo, isso é um lembrete para usar a folha de dados do fornecedor para o calor ou lote específico, em vez de confiar em um valor genérico de níquel.
Contexto do processo térmico
O comportamento de fusão do níquel deve sempre ser interpretado no contexto. Um forno de fundição, um ciclo de brasagem, e um processo de soldagem não utilizam o mesmo alvo térmico.
A faixa de fusão determina quanto espaço térmico o operador tem antes que o metal amoleça, começa a fluir, ou perde a forma.
Em ligas de alta temperatura à base de níquel, essa janela é uma parte central da lógica de design, não é uma reflexão tardia.
5. Físico & Mudanças químicas durante a fusão do níquel
Comportamento de oxidação
O níquel fundido é altamente quimicamente ativo. Acima 1000 °C, o níquel reage rapidamente com o oxigênio para gerar óxido de níquel (NiO).
Sem proteção contra gás inerte, uma densa película de óxido escuro cobre a superfície do líquido, aumentando os defeitos de inclusão de escória de fundição.
A fusão industrial de níquel deve adotar proteção de argônio ou fundição a vácuo para isolar o oxigênio.
Solubilidade de elementos gasosos
O níquel fundido tem forte solubilidade em hidrogênio e nitrogênio. A solubilidade do gás atinge o pico próximo ao ponto de fusão; gás dissolvido excessivo forma porosidade pinhole após a solidificação.
O tratamento de desgaseificação é obrigatório para fundições de níquel de alta pureza.
Transição Magnética
O níquel possui ferromagnetismo à temperatura ambiente. Sua temperatura Curie é 358 °C; acima desta temperatura crítica, o níquel perde magnetismo permanentemente até esfriar.
O desaparecimento magnético durante a fusão facilita a agitação eletromagnética em fornos de fundição.
6. Como testar o ponto de fusão do níquel?
Calorimetria exploratória diferencial e análise térmica diferencial
Para determinação em escala laboratorial, DSC e DTA são as ferramentas padrão de análise térmica para determinar temperaturas de fusão e cristalização de materiais puros.
ASTM E794 afirma que este método de teste descreve a determinação das temperaturas de fusão e cristalização por calorimetria de varredura diferencial e análise térmica diferencial, e que o método é útil para controle de qualidade, aceitação de especificação, e pesquisa.
Na prática, a calibração é realizada usando padrões de referência conhecidos, e metais puros são comumente usados como materiais de calibração.
A temperatura de fusão é normalmente medida a partir do início extrapolado da transição, enquanto a amostra está totalmente derretida no pico.
Isso torna o DSC especialmente útil para níquel quando é necessário um valor laboratorial preciso.
Pirometria óptica
Para condições industriais muito quentes, pirometria óptica é um método prático sem contato porque mede a radiação térmica do objeto quente em vez de exigir contato físico.
Isso o torna valioso para observações de fornos, manuseio de derretimento, e outras verificações de processos de alta temperatura onde os sensores de contato podem ser impraticáveis.
Comparação prática de métodos
| Método | Melhor uso | Força | Limitação |
| DSC / DTA | Determinação laboratorial das temperaturas de fusão e cristalização | Bom para medição controlada e análise baseada em calibração | Requer pequenas amostras e condições de teste controladas. |
| Pirometria óptica | Medição de temperatura de forno e processo | Sem contato e adequado para superfícies muito quentes | Mede a temperatura radiativa no caminho de visualização, então configuração e emissividade são importantes. |
7. Aplicações Industriais de Controle de Faixa de Fusão de Níquel
Fundição de Precisão
Em fundição de precisão, a faixa de fusão determina quanto espaço térmico o forno deve fornecer e com que cuidado o fundido deve ser gerenciado antes do vazamento.
Níquel puro e ligas à base de níquel são usadas em componentes de fornos, navios de processamento químico, trocadores, peças aeroespaciais de alta temperatura, reatores nucleares, e turbinas, o que significa que a rota de fundição precisa lidar com altas temperaturas e requisitos de serviço agressivos.
Para fundições de liga, o ponto importante não é o ponto de fusão único, mas o janela sólido-líquido.
Uma liga à base de níquel pode começar a congelar enquanto parte do metal ainda está líquida, então a prática de fundição deve levar em conta a alimentação, encolhimento, e controle de solidificação em toda a gama.
Esta é uma inferência de engenharia a partir dos intervalos de fusão publicados de ligas à base de níquel..
Soldagem
Os materiais à base de níquel são amplamente soldados porque podem ser unidos por processos de soldagem convencionais e mantêm um desempenho útil em ambientes exigentes.
Liga INCONEL 600 é descrito como facilmente unido por processos de soldagem convencionais, e o fabricante lista materiais de soldagem específicos para arco metálico blindado, arco de gás tungstênio, e união de arco metálico a gás.
Liga MONEL 400 também é descrito como facilmente unido por processos convencionais.
Para soldagem, o controle da faixa de fusão é importante porque o metal base não deve ser superaquecido além da zona de fusão pretendida.
As ligas de níquel são frequentemente selecionadas precisamente porque seus intervalos de fusão, força, e a resposta térmica pode suportar união controlada em aplicações críticas de serviço.
Isto é especialmente importante quando a peça soldada deve permanecer dimensionalmente estável e resistente à corrosão após a fabricação..
Tratamento térmico
O tratamento térmico é outra área onde o controle da faixa de fusão é importante, porque o operador deve permanecer com segurança abaixo de qualquer condição de fusão incipiente enquanto ainda atinge o ciclo térmico necessário.
TIVEMOS 617, por exemplo, normalmente é recozido em solução em 1175°C (2150°F), que fica abaixo de sua faixa de fusão publicada de 1330–1380 ° C..
Essa lacuna é a janela térmica utilizável que torna possível o tratamento térmico sem colapsar a microestrutura.
A mesma lógica se aplica de forma mais ampla às ligas à base de níquel: o tratamento térmico deve ser selecionado tendo em mente o solidus e o liquidus da liga para que a peça ganhe o estado metalúrgico pretendido sem derreter parcialmente.
Na fabricação prática, é por isso que as ligas de níquel são geralmente processadas com uma disciplina de temperatura muito mais rígida do que os metais de ponto de fusão mais baixo.
8. Conclusão
O ponto de fusão do níquel puro é cerca de 1455°C (1728 K / 2651°F), com referências autorizadas agrupadas muito próximas desse valor.
A ligeira dispersão nos números publicados é normal e reflete o histórico de medições e arredondamentos, não é um desacordo de engenharia significativo.
Mais importante, O verdadeiro valor industrial do níquel reside na forma como o comportamento de fusão muda quando o níquel é ligado.
Os graus de níquel comercialmente puro derretem em uma faixa estreita, enquanto ligas à base de níquel, como Monel 400, Inconel 600, e ATI 617 são projetados em torno de seus próprios intervalos solidus-liquidus.
É por isso que o níquel não é apenas um metal com alto ponto de fusão; é uma plataforma de alta temperatura para projetar materiais resistentes à corrosão e ao calor.
Perguntas frequentes
Qual é o ponto de fusão do níquel em Celsius e Fahrenheit?
O níquel puro derrete a cerca de 1455°C, que é sobre 2651°F. ASM fornece um valor intimamente relacionado de 1453°C.
Por que as ligas de níquel têm faixas de fusão em vez de um ponto exato?
Porque a liga altera o equilíbrio de fase, então o material começa a derreter a uma Solidus temperatura e termina de derreter em uma temperatura mais alta líquido temperatura.
O níquel puro é mais fácil de processar do que as ligas de níquel??
Não necessariamente. O níquel puro tem um ponto de fusão acentuado, mas as ligas à base de níquel são frequentemente selecionadas porque oferecem melhor resistência à corrosão, retenção de força, ou resistência ao calor para o serviço pretendido.
Por que o níquel é tão importante na engenharia de altas temperaturas?
Porque combina um alto ponto de fusão com ductilidade útil e a capacidade de formar famílias de ligas resistentes ao calor usadas em ferragens de fornos, trocadores, peças aeroespaciais, e sistemas relacionados à turbina.
