Температура плавления никеля

1. Введение

Никель (химический символ, атомный номер 28) является пластичным, серебристо-белый переходный металл, принадлежащий Группе 10 периодической таблицы.

Авторитетные термодинамические данные NIST и Королевского химического общества подтверждают, что чистый никель имеет стандартную температуру плавления 1455 °С (2651 °Ф, 1728 К).

На практике элементарный металл имеет единственную точку плавления., но сплавы на основе никеля обычно плавятся в определенном диапазоне, поскольку легирование изменяет температуры солидуса и ликвидуса..

Поведение никеля при плавлении является одной из причин, по которой он так широко используется в коррозионностойких и термостойких изделиях..

Коммерческий никель и сплавы на его основе используются в химическом оборудовании., теплообменники, печное оборудование, Морская служба, и высокотемпературные детали конструкции, где термическая стабильность и контролируемое затвердевание имеют такое же значение, как и прочность..

2. Точка плавления чистого никеля

Для элементарного металла, никель обычно рассматривают как материал с одной температурой плавления а не сплав широкого диапазона.

Опубликованные значения из разных технических источников чрезвычайно близки., вот чего инженеры хотят от эталонного металла: стабильное число, которое можно с уверенностью использовать при проектировании процессов.

Репрезентативные значения для чистого никеля

Небольшой разброс между 1453°C и 1455°C является нормальным для опубликованных данных о плавлении..

Это отражает различия в чистоте, метод измерения, и правила округления, а не какие-либо значимые изменения в самом металле..

Для инженерных целей, чистый никель следует рассматривать как металл с температурой плавления около 1455°С.

3. Никелевые сплавы и интервалы плавления

Сплавы на основе никеля ведут себя не так, как чистый никель..

После добавления других элементов, сплав обычно развивает солидус и жидкость, поэтому металл начинает плавиться при одной температуре, а заканчивает плавиться при более высокой..

Вот почему в технических характеристиках сплавов указывается Диапазон плавления вместо одной точки.

4. Факторы, влияющие на поведение никеля при плавлении

Чистота

Чистота – первый и самый важный фактор.

Чистый никель показывает одиночный, четко выраженная температура плавления, в то время как технически чистые сорта, такие как никель 200/201 показывают узкий диапазон плавления, поскольку даже небольшие различия в составе имеют значение..

Чем ближе материал к элементарному никелю, тем ближе он ведет себя к одноточечному переходу.

Легирующие добавки

Легирование является основной причиной, по которой никелевые материалы имеют диапазон плавления..

Добавки меди, хром, железо, кобальт, молибден, и другие элементы изменяют фазовую стабильность и сдвигают температуры солидуса и ликвидуса..

Вот почему Монель 400, Инконель 600, и АТИ 617 каждый из них имеет разный интервал плавления, хотя все они состоят из материалов на основе никеля..

Форма и спецификация продукта

Продукция из коммерческого никеля может поставляться с немного отличающимися опубликованными значениями в зависимости от формы продукта и паспорта поставщика..

Это не означает, что фундаментальное поведение металла изменилось.; это означает, что заявленный диапазон отражает точную оценку, незначительные примеси, и состояние товара.

Для инженеров-технологов, это напоминание о необходимости использовать таблицу данных поставщика для конкретной плавки или партии, а не полагаться на общее значение никеля..

Контекст теплового процесса

Поведение никеля при плавлении всегда следует интерпретировать в контексте. Литейная печь, цикл пайки, и процесс сварки не используют одну и ту же тепловую цель.

Диапазон плавления определяет, какой температурный запас есть у оператора до того, как металл размягчится., начинает течь, или теряет форму.

В жаропрочных сплавах на основе никеля, это окно является основной частью логики дизайна, не второстепенная мысль.

5. Физический & Химические изменения при плавлении никеля

Окислительное поведение

Расплавленный никель обладает высокой химической активностью.. Выше 1000 °С, никель быстро реагирует с кислородом с образованием оксида никеля (НиО).

Без защиты инертного газа, плотная темная оксидная пленка покрывает поверхность жидкости, увеличение дефектов включений плавильного шлака.

При промышленной плавке никеля необходимо использовать аргоновую защиту или вакуумную плавку для изоляции кислорода..

Растворимость газовых элементов

Расплавленный никель обладает высокой растворимостью в водороде и азоте.. Пик растворимости газа вблизи точки плавления; избыток растворенного газа образует точечную пористость после затвердевания.

Дегазационная обработка обязательна для отливок из никеля высокой чистоты..

Магнитный переход

Никель обладает ферромагнетизмом при комнатной температуре.. Его температура Кюри равна 358 °С; выше этой критической температуры, никель окончательно теряет магнетизм, пока не остынет.

Исчезновение магнитного поля во время плавки облегчает электромагнитное перемешивание в плавильных печах..

6. Как проверить температуру плавления никеля?

Дифференциальная сканирующая калориметрия и дифференциальный термический анализ

Для лабораторного определения, ДСК и DTA являются стандартными инструментами термического анализа для определения температур плавления и кристаллизации чистых материалов..

ASTM E794 утверждает, что этот метод испытаний описывает определение температур плавления и кристаллизации с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии и дифференциального термического анализа., и что метод полезен для контроля качества, приемка спецификации, и исследования.

На практике, калибровка выполняется с использованием известных эталонных стандартов, и чистые металлы обычно используются в качестве калибровочных материалов..

Температуру плавления обычно принимают из экстраполированное начало перехода, при этом образец полностью расплавляется на пике.

Это делает ДСК особенно полезным для никеля, когда требуется точное лабораторное значение..

Оптическая пирометрия

Для очень жарких промышленных условий, Оптическая пирометрия Это практический бесконтактный метод, поскольку он измеряет тепловое излучение горячего объекта, а не требует физического контакта..

Это делает его ценным для наблюдения за печами., обработка расплава, и другие проверки высокотемпературных процессов, где контактные датчики могут оказаться непрактичными..

Практическое сравнение методов

7. Промышленное применение контроля диапазона плавления никеля

Точное литье

В точное литье, диапазон плавки определяет, какой тепловой запас должна обеспечить печь и насколько тщательно необходимо обращаться с расплавом перед разливкой..

В компонентах печей используются чистый никель и сплавы на его основе., сосуды для химической обработки, обменники, высокотемпературные аэрокосмические детали, ядерные реакторы, и турбины, это означает, что маршрут литья должен выдерживать как высокие температуры, так и агрессивные эксплуатационные требования..

Для отливок из сплавов, Важным моментом является не единственная точка плавления, а окно твердо-жидкости.

Сплав на основе никеля может начать замерзать, хотя часть металла все еще находится в жидком состоянии., поэтому литейная практика должна учитывать подачу, усадка, и контроль затвердевания во всем диапазоне.

Это инженерный вывод из опубликованных интервалов плавления сплавов на основе никеля..

Сварка

Материалы на основе никеля широко свариваются, поскольку их можно соединить обычными методами сварки и они сохраняют полезные свойства в сложных условиях..

ИНКОНЕЛЬ Сплав 600 описывается как легко соединяемый обычными сварочными процессами., и производитель указывает конкретные сварочные материалы для защищенной металлической дуги., газовая вольфрамовая дуга, и газовая металлодуговая сварка.

МОНЕЛЬ Сплав 400 также описывается как легко присоединяемый обычными процессами.

Для сварки, Контроль диапазона плавления имеет значение, поскольку основной металл не должен перегреваться за пределами предполагаемой зоны плавления..

Никелевые сплавы часто выбирают именно потому, что их интервалы плавления, сила, и температурный отклик могут поддерживать контролируемое соединение в критически важных приложениях..

Это особенно важно, когда сварная деталь должна оставаться стабильной по размерам и устойчивой к коррозии после изготовления..

Термическая обработка

Термическая обработка — еще одна область, где важен контроль диапазона плавления., потому что оператор должен безопасно оставаться при любых условиях начального плавления, сохраняя при этом необходимый тепловой цикл.

У НАС БЫЛИ 617, например, обычно отжигается в растворе при 1175°С (2150°Ф), который находится ниже опубликованного диапазона плавления 1330–1380 ° C..

Этот зазор представляет собой полезное тепловое окно, которое делает возможной термообработку без разрушения микроструктуры..

Та же логика применима в более широком смысле к сплавам на основе никеля.: термическая обработка должна выбираться с учетом солидуса и ликвидуса сплава, чтобы деталь приобрела заданное металлургическое состояние без частичного плавления..

В практическом производстве, Вот почему никелевые сплавы обычно обрабатываются с гораздо более строгим температурным режимом, чем легкоплавкие металлы..

8. Заключение

Температура плавления чистого никеля составляет около 1455°С (1728 К / 2651°Ф), с авторитетными ссылками, очень близкими к этому значению.

Небольшой разброс опубликованных цифр является нормальным и отражает историю измерений и округление., не значимое инженерное разногласие.

Что еще более важно, Реальная промышленная ценность никеля заключается в том, как меняется поведение плавления при легировании никеля..

Технически чистые марки никеля плавятся в узком диапазоне., в то время как сплавы на основе никеля, такие как монель 400, Инконель 600, и АТИ 617 построены на основе собственных интервалов солидус-ликвидус.

Вот почему никель — это не просто металл с высокой температурой плавления.; это высокотемпературная платформа для создания коррозионностойких и жаростойких материалов..

 

Часто задаваемые вопросы

Какова температура плавления никеля по Цельсию и Фаренгейту??

Чистый никель плавится при температуре около 1455°С, что касается 2651°Ф. ASM дает тесно связанное значение 1453°С.

Почему никелевые сплавы имеют диапазоны плавления, а не одну точную точку??

Поскольку легирование изменяет фазовое равновесие, поэтому материал начинает плавиться при солидус температуре и заканчивает плавление при более высокой жидкость температура.

Легче ли обрабатывать чистый никель, чем никелевые сплавы??

Не обязательно. Чистый никель имеет острую температуру плавления., но часто выбирают сплавы на основе никеля, поскольку они обеспечивают лучшую коррозионную стойкость., сохранение силы, или термостойкость для предполагаемой эксплуатации.

Почему никель так важен в высокотемпературной технике?

Потому что он сочетает в себе высокую температуру плавления с полезной пластичностью и способностью образовывать семейства жаропрочных сплавов, используемых в печной аппаратуре., обменники, аэрокосмические части, и системы, связанные с турбинами.