1. Увођење
Никл (хемијски симбол је, атомски број 28) је дуктилна, сребрно-бели прелазни метал који припада групи 10 периодног система.
Ауторитативни термодинамички подаци НИСТ-а и Краљевског хемијског друштва потврђују да чисти никл има стандардну тачку топљења од 1455 ° Ц (2651 ° Ф, 1728 К).
Елементарни метал има једну тачку топљења у практичном смислу, али легуре на бази никла се обично топе у одређеном опсегу јер легирање мења температуре солидуса и ликвидуса.
Понашање никла при топљењу је један од разлога што се тако широко користи у производима отпорним на корозију и топлоту.
Комерцијални никл и легуре на бази никла налазе се у опреми за хемијску обраду, Измењивачи топлоте, хардвер пећи, маринска служба, и високотемпературних конструкцијских делова, где су термичка стабилност и контролисано очвршћавање важни једнако као и снага.
2. Тачка топљења чистог никла
За елементарни метал, никл се генерално третира као а материјал са једном тачком топљења а не легура широког спектра.
Објављене вредности из различитих техничких извора су изузетно блиске, што инжењери желе од референтног метала: стабилан број који се може поуздано користити у дизајну процеса.
Репрезентативне вредности за чисти никл
| Материјал | Понашање топљења | Инжењерско значење |
| Чисти никл | 1453–1455°Ц / 2647–2651°Ф / 1726–1728 К | Елементарни никл је у суштини метал који се оштро топи у практичној употреби. |
Мало ширење између 1453°Ц и 1455°Ц је нормално за објављене податке о топљењу.
То одражава разлике у чистоћи, метода мерења, и конвенције заокруживања, а не било какве значајне промене у самом металу.
За инжењерске сврхе, чисти никл треба третирати као метал са тачком топљења од око 1455° Ц.
3. Легуре никла и подручја топљења
Легуре на бази никла се не понашају као чисти никл.
Када се додају други елементи, легура обично развија а солидус и течност, па метал почиње да се топи на једној температури и завршава се топљењем на вишој.
Због тога листови са подацима о легури извештавају о а опсег топљења уместо једне тачке.
| Квалитет никла / легура | опсег топљења °Ц | опсег топљења °Ф | опсег топљења К |
| Никл 200 / Никл 201 | 1435–1445°Ц | 2610–2630°Ф | 1708.15–1718,15 К |
| Монел легура 400 | 1300–1350°Ц | 2370–2460°Ф | 1573.15–1623,15 К |
| ИНЦОНЕЛ Аллои 600 | 1354–1413°Ц | 2470–2580°Ф | 1627.15–1686,15 К |
| ВДМ Аллои 601 | 1330–1370°Ц | 2426–2498°Ф | 1603.15–1643,15 К |
| ХАИНЕС / ИНЦОНЕЛ 617 | 1330–1375°Ц | 2430–2510°Ф | 1603.15–1648,15 К |
| ИНЦОНЕЛ Аллои 625 | 1290–1350°Ц | 2350–2460°Ф | 1563.15–1623,15 К |
| ИНЦОНЕЛ Аллои 718 | 1260–1336°Ц | 2300–2437°Ф | 1533.15–1609,15 К |
| ХАСТЕЛЛОИ Ц-276 | 1323–1371°Ц | 2415–2500°Ф | 1596.15–1644,15 К |
| ВДМ Аллои 690 | 1390–1410°Ц | 2534–2570°Ф | 1663.15–1683,15 К |
4. Фактори који утичу на топљење никла
Чистоћа
Чистоћа је први и најважнији фактор.
Чисти никл показује сингл, оштро дефинисана тачка топљења, док комерцијално чисте класе као што је никл 200/201 показују уски опсег топљења јер су важне чак и мале разлике у саставу.
Што је материјал ближи елементарном никлу, што се ближе понаша прелазу у једној тачки.
Додаци за легирање
Легирање је главни разлог зашто материјали никла развијају опсеге топљења.
Додаци бакра, хром, гвожђе, кобалт, молибден, и други елементи мењају стабилност фазе и померају температуре солидуса и ликвидуса.
Зато Монел 400, Уносилац 600, и АТИ 617 сваки има другачији интервал топљења иако су сви материјали на бази никла.
Форма производа и спецификација
Комерцијални производи од никла могу се испоручити са мало другачијим објављеним вредностима у зависности од облика производа и листа података добављача.
То не значи да се фундаментално понашање метала променило; то значи да пријављени опсег одражава тачну оцену, мање нечистоће, и стање производа.
За инжењере процеса, то је подсетник да користите лист са подацима добављача за специфичну топлоту или партију уместо да се ослањате на генеричку вредност никла.
Контекст термичког процеса
Понашање топљења никла увек се мора тумачити у контексту. Пећ за ливење, циклус лемљења, и процес заваривања не користи исти термални циљ.
Опсег топљења одређује колико топлотног простора оператер има пре него што метал омекша, почиње да тече, или губи облик.
У високотемпературним легурама на бази никла, тај прозор је кључни део логике дизајна, не накнадна мисао.
5. Физички & Хемијске промене током топљења никла
Понашање оксидације
Растопљени никл је веома хемијски активан. Изнад 1000 ° Ц, никл брзо реагује са кисеоником и ствара никл оксид (НиО).
Без заштите од инертног гаса, густи тамни оксидни филм прекрива површину течности, повећање дефекта укључивања шљаке топљења.
Индустријско топљење никла мора усвојити заштиту од аргона или вакуумско топљење да би се изоловао кисеоник.
Растворљивост гасних елемената
Растопљени никл има јаку растворљивост водоника и азота. Растворљивост гаса достиже максимум близу тачке топљења; прекомерно растворени гас формира рупицу порозности након очвршћавања.
Дегазациони третман је обавезан за одливке од никла високе чистоће.
Магнетиц Транситион
Никл поседује феромагнетизам на собној температури. Његова Киријева температура је 358 ° Ц; изнад ове критичне температуре, никл трајно губи магнетизам док се не охлади.
Магнетно нестајање током топљења олакшава електромагнетно мешање у пећима за топљење.
6. Како тестирати тачку топљења никла?
Диференцијална скенирајућа калориметрија и диференцијална термичка анализа
За лабораторијско одређивање, ДСЦ и ДТА су стандардни алати за термичку анализу за одређивање температура топљења и кристализације чистих материјала.
АСТМ Е794 наводи да ова метода испитивања описује одређивање температуре топљења и кристализације помоћу диференцијалне скенирајуће калориметрије и диференцијалне термичке анализе, и да је метода корисна за контролу квалитета, прихватање спецификације, и истраживања.
У пракси, калибрација се врши коришћењем познатих референтних стандарда, а чисти метали се обично користе као материјали за калибрацију.
Температура топљења се обично узима из екстраполирани почетак транзиције, док је узорак на врхунцу потпуно отопљен.
То чини ДСЦ посебно корисним за никл када је потребна прецизна лабораторијска вредност.
Оптичка пирометрија
За веома вруће индустријске услове, оптичка пирометрија је практична бесконтактна метода јер мери топлотно зрачење из врућег предмета уместо да захтева физички контакт.
То га чини вредним за посматрање пећи, руковање топљењем, и друге провере процеса на високим температурама где контактни сензори могу бити непрактични.
Практично поређење метода
| Метод | Најбоља употреба | Снага | Ограничење |
| ДСЦ / ДТА | Лабораторијско одређивање температура топљења и кристализације | Добро за контролисано мерење и анализу засновану на калибрацији | Захтева мале узорке и контролисане услове испитивања. |
| Оптичка пирометрија | Мерење температуре пећи и процеса | Бесконтактно и погодно за веома вруће површине | Мери радијативну температуру на стази гледања, тако да су подешавања и емисивност битни. |
7. Индустријска примена контроле опсега топљења никла
ПрецисионЦастинг
У прецизно ливење, Опсег топљења одређује колико топлотног простора пећ мора да обезбеди и колико пажљиво се мора управљати топљењем пре изливања.
Чисти никл и легуре на бази никла се користе у компонентама пећи, посуде за хемијску обраду, измењивачи, високотемпературни ваздухопловни делови, нуклеарних реактора, и турбине, што значи да рута ливења мора да издржи и високе температуре и захтевне агресивне услуге.
За ливење од легура, важна тачка није појединачна тачка топљења већ прозор чврсто-течност.
Легура на бази никла може почети да се смрзава док је део метала још увек течан, тако да ливничка пракса мора да води рачуна о храњењу, скупљање, и контрола очвршћавања у целом опсегу.
То је инжењерски закључак из објављених интервала топљења легура на бази никла.
Заваривање
Материјали на бази никла су широко заварени јер се могу спојити конвенционалним процесима заваривања и задржати корисне перформансе у захтевним окружењима.
ИНЦОНЕЛ Аллои 600 је описан као лако спојен конвенционалним процесима заваривања, а произвођач наводи специфичне материјале за заваривање за заштићени метални лук, гасни волфрамов лук, и гасно метално-лучно спајање.
МОНЕЛ легура 400 је такође описан као лако спојен конвенционалним процесима.
За заваривање, Контрола опсега топљења је важна јер се основни метал не сме прегрејати изван предвиђене зоне фузије.
Легуре никла се често бирају управо због њихових интервала топљења, снага, и термални одговор може подржати контролисано спајање у апликацијама које су критичне за сервис.
Ово је посебно важно када заварени део мора остати димензионално стабилан и отпоран на корозију након израде.
Топлотни третман
Топлотна обрада је још једна област у којој је важна контрола опсега топљења, јер руковалац мора да остане безбедно испод било каквог почетног стања топљења док још увек постиже захтевани термички циклус.
ИМАЛИ СМО 617, на пример, је нормално раствор жарен на 1175° Ц (2150° Ф), који се налази испод свог објављеног опсега топљења од 1330–1380°Ц.
Тај јаз је употребљиви термички прозор који омогућава топлотну обраду без урушавања микроструктуре.
Иста логика се у ширем смислу примењује на легуре на бази никла: термичка обрада мора бити одабрана имајући у виду солидус и ликвидус легуре тако да део добије жељено металуршко стање без делимичног топљења.
У практичној производњи, због тога се легуре никла обично обрађују са много строжом температурном дисциплином од метала нижег топљења.
8. Закључак
Тачка топљења чистог никла је око 1455° Ц (1728 К / 2651° Ф), са ауторитативним референцама које се групишу веома близу тој вредности.
Благо ширење у објављеним бројевима је нормално и одражава историју мерења и заокруживање, није значајно инжењерско неслагање.
Још важније, Права индустријска вредност никла лежи у начину на који се понашање топљења мења када се никл легира.
Комерцијално чисти никл се топе у уском опсегу, док легуре на бази никла као што је Монел 400, Уносилац 600, и АТИ 617 су пројектовани око сопствених интервала солидус-ликвидус.
Зато никл није само метал са високом тачком топљења; то је високотемпературна платформа за пројектовање материјала отпорних на корозију и топлоту.
Често постављана питања
Која је тачка топљења никла у Целзијусима и Фаренхајтима?
Чисти никл се топи око 1455° Ц, који је о 2651° Ф. АСМ даје блиско повезану вредност од 1453° Ц.
Зашто легуре никла имају опсег топљења уместо једне тачне тачке?
Пошто легирање мења фазну равнотежу, па материјал почиње да се топи на а солидус температуре и завршава топљење на вишој течност температура.
Да ли је чисти никл лакши за обраду од легура никла?
Не обавезно. Чисти никл има оштру тачку топљења, али легуре на бази никла се често бирају јер нуде бољу отпорност на корозију, задржавање снаге, или отпорност на топлоту за предвиђену услугу.
Зашто је никл толико важан у високотемпературном инжењерству?
Зато што комбинује високу тачку топљења са корисном дуктилношћу и способношћу да формира породице легура отпорних на топлоту које се користе у хардверу пећи, измењивачи, ваздухопловних делова, и системи у вези са турбинама.
