1. giriiş
Nikel (kimyasal sembol, atom numarası 28) sünek bir malzemedir, Gruba ait gümüşi beyaz geçiş metali 10 periyodik tablonun.
NIST ve Royal Society of Chemistry'den alınan yetkili termodinamik veriler, saf nikelin standart erime noktasına sahip olduğunu doğrulamaktadır. 1455 °C (2651 °F, 1728 k).
Elementel metalin pratik açıdan tek bir erime noktası vardır., ancak nikel bazlı alaşımlar genellikle belirli bir aralıkta erir çünkü alaşımlama katılaşma ve sıvılaşma sıcaklıklarını değiştirir.
Nikelin erime davranışı, korozyona ve ısıya dayanıklı ürünlerde bu kadar yaygın olarak kullanılmasının nedenlerinden biridir..
Ticari nikel ve nikel bazlı alaşımlar kimyasal işleme ekipmanlarında bulunur, ısı değiştiriciler, fırın donanımı, deniz hizmeti, ve yüksek sıcaklığa dayanıklı yapısal parçalar, termal stabilite ve kontrollü katılaşmanın dayanıklılık kadar önemli olduğu yerlerde.
2. Saf Nikelin Erime Noktası
Elementel metal için, nikel genellikle bir tek erime noktalı malzeme geniş aralıklı bir alaşım yerine.
Farklı teknik kaynaklardan yayınlanan değerler birbirine son derece yakındır, mühendislerin referans metalden istediği şey budur: süreç tasarımında güvenle kullanılabilecek sabit bir sayı.
Saf nikel için temsili değerler
| Malzeme | Erime davranışı | Mühendislik anlamı |
| Saf nikel | 1453–1455 ° C / 2647–2651°F / 1726–1728K | Elemental nikel, pratik kullanımda esasen keskin bir şekilde eriyen bir metaldir.. |
Yayınlanan erime verileri için 1453°C ile 1455°C arasındaki küçük aralık normaldir.
Saflıktaki farklılıkları yansıtır, ölçüm yöntemi, metalin kendisinde anlamlı bir değişiklik yerine yuvarlama kuralları.
Mühendislik amaçlı, saf nikel, erime noktası yaklaşık 100°C olan bir metal gibi ele alınmalıdır. 1455°C.
3. Nikel Alaşımları ve Erime Aralıkları
Nikel bazlı alaşımlar saf nikel gibi davranmaz.
Diğer öğeler eklendiğinde, alaşım genellikle bir geliştirir katı Ve sıvı, Böylece metal bir sıcaklıkta erimeye başlar ve daha yüksek bir sıcaklıkta erimeyi bitirir..
Bu nedenle alaşım veri sayfaları eritme aralığı tek bir nokta yerine.
| Nikel kalitesi / alaşım | erime aralığı °C | erime aralığı °F | erime aralığı K |
| Nikel 200 / Nikel 201 | 1435–1445°C | 2610–2630°F | 1708.15–1718,15 K |
| Monel Alaşımı 400 | 1300–1350 ° C | 2370–2460°F | 1573.15–1623,15K |
| INCONEL Alaşım 600 | 1354–1413°C | 2470–2580°F | 1627.15–1686,15K |
| VDM Alaşımı 601 | 1330–1370°C | 2426–2498°F | 1603.15–1643,15K |
| HAYNES / INCONEL 617 | 1330–1375°C | 2430–2510°F | 1603.15–1648,15K |
| INCONEL Alaşım 625 | 1290–1350 ° C | 2350–2460°F | 1563.15–1623,15K |
| INCONEL Alaşım 718 | 1260–1336°C | 2300–2437°F | 1533.15–1609,15 K |
| HASTELLOY C-276 | 1323–1371°C | 2415–2500°F | 1596.15–1644,15K |
| VDM Alaşımı 690 | 1390–1410°C | 2534–2570°F | 1663.15–1683,15K |
4. Nikelin Erime Davranışını Etkileyen Faktörler
Saflık
Saflık ilk ve en önemli faktördür.
Saf nikel tek bir tane gösterir, keskin bir şekilde tanımlanmış erime noktası, Nikel gibi ticari olarak saf kaliteler ise 200/201 küçük bileşimsel farklılıklar bile önemli olduğundan dar bir erime aralığı gösterir.
Malzeme elementel nikele ne kadar yakınsa, tek nokta geçişine ne kadar yakın davranırsa.
Alaşım ilaveleri
Alaşımlama, nikel malzemelerin erime aralıkları geliştirmesinin ana nedenidir.
Bakır ilaveleri, krom, ütü, kobalt, molibden, ve diğer elementler faz stabilitesini değiştirir ve katılaşma ve sıvılaşma sıcaklıklarını değiştirir.
Bu yüzden Monel 400, İnkonel 600, ve ATI 617 hepsi nikel bazlı malzemeler olmasına rağmen her birinin erime aralığı farklıdır.
Ürün formu ve özellikleri
Ticari nikel ürünleri, ürün formuna ve tedarikçi veri sayfasına bağlı olarak biraz farklı yayınlanmış değerlerle tedarik edilebilir.
Bu, metalin temel davranışının değiştiği anlamına gelmez; bu, rapor edilen aralığın tam notu yansıttığı anlamına gelir, küçük kirlilikler, ve ürün durumu.
Proses mühendisleri için, bu, genel bir nikel değerine güvenmek yerine, belirli bir ısı veya parti için tedarikçi veri sayfasını kullanmanın bir hatırlatıcısıdır.
Termal proses bağlamı
Nikel'in erime davranışı her zaman bağlam içinde yorumlanmalıdır. Bir döküm fırını, lehimleme döngüsü, ve bir kaynak işlemi aynı termal hedefi kullanmaz.
Erime aralığı, metal yumuşamadan önce operatörün ne kadar termal boşluk payına sahip olduğunu belirler, akmaya başlıyor, veya şeklini kaybeder.
Nikel bazlı yüksek sıcaklık alaşımlarında, bu pencere tasarım mantığının temel bir parçasıdır, sonradan akla gelen bir düşünce değil.
5. Fiziksel & Nikel Eritme Sırasında Kimyasal Değişiklikler
Oksidasyon davranışı
Erimiş nikel kimyasal olarak oldukça aktiftir. Üstünde 1000 °C, nikel oksijenle hızla reaksiyona girerek nikel oksit üretir (NiO).
İnert gaz koruması olmadan, yoğun bir koyu oksit filmi sıvı yüzeyini kaplar, artan eritme cürufu içerme kusurları.
Endüstriyel nikel eritme, oksijeni izole etmek için argon koruyucu veya vakumlu eritme yöntemini benimsemelidir.
Gaz Elementlerinin Çözünürlüğü
Erimiş nikel güçlü hidrojen ve nitrojen çözünürlüğüne sahiptir. Gaz çözünürlüğü erime noktasına yakın zirvelere ulaşır; aşırı çözünmüş gaz, katılaşmadan sonra iğne deliği gözenekliliği oluşturur.
Yüksek saflıkta nikel dökümler için gaz giderme işlemi zorunludur.
Manyetik Geçiş
Nikel oda sıcaklığında ferromanyetizmaya sahiptir. Curie sıcaklığı 358 °C; bu kritik sıcaklığın üzerinde, nikel soğuyuncaya kadar manyetizmayı kalıcı olarak kaybeder.
Eritme sırasında manyetik kaybolma, izabe fırınlarında elektromanyetik karıştırmayı kolaylaştırır.
6. Nikelin Erime Noktası Nasıl Test Edilir?
Diferansiyel taramalı kalorimetri ve diferansiyel termal analiz
Laboratuvar ölçeğinde belirleme için, DSC Ve DTA saf malzemelerin erime ve kristalleşme sıcaklıklarını belirlemek için standart termal analiz araçlarıdır.
ASTM E794, bu test yönteminin diferansiyel taramalı kalorimetri ve diferansiyel termal analiz yoluyla erime ve kristalleşme sıcaklıklarının belirlenmesini tanımladığını belirtir., ve yöntemin kalite kontrol için yararlı olduğu, spesifikasyon kabulü, ve araştırma.
pratikte, kalibrasyon bilinen referans standartları kullanılarak gerçekleştirilir, Kalibrasyon malzemesi olarak yaygın olarak saf metaller kullanılır..
Erime sıcaklığı tipik olarak tahmin edilen başlangıç geçişin, Numune tepe noktasında tamamen erimişken.
Bu, kesin bir laboratuvar değerine ihtiyaç duyulduğunda DSC'yi özellikle nikel için kullanışlı hale getirir.
Optik pirometri
Çok sıcak endüstriyel koşullar için, optik pirometri pratik, temassız bir yöntemdir çünkü fiziksel temas gerektirmek yerine sıcak nesneden gelen termal radyasyonu ölçer.
Bu onu fırın gözlemleri için değerli kılar, eriyik işleme, ve kontak sensörlerinin pratik olamayacağı diğer yüksek sıcaklık proses kontrolleri.
Yöntemlerin pratik karşılaştırılması
| Yöntem | En İyi Kullanım | Kuvvet | Sınırlama |
| DSC / DTA | Erime ve kristalleşme sıcaklıklarının laboratuarda belirlenmesi | Kontrollü ölçüm ve kalibrasyona dayalı analiz için iyi | Küçük numuneler ve kontrollü test koşulları gerektirir. |
| Optik pirometri | Fırın ve proses sıcaklığı ölçümü | Temassızdır ve çok sıcak yüzeyler için uygundur | Görüntüleme yolundaki ışınım sıcaklığını ölçer, bu nedenle kurulum ve emisivite önemlidir. |
7. Nikel Erime Aralığı Kontrolünün Endüstriyel Uygulamaları
Hassas Döküm
İçinde hassas döküm, erime aralığı, fırının ne kadar termal boşluk payı sağlaması gerektiğini ve dökmeden önce eriyiğin ne kadar dikkatli yönetilmesi gerektiğini belirler..
Fırın bileşenlerinde saf nikel ve nikel bazlı alaşımlar kullanılır, kimyasal işleme gemileri, eşanjörler, yüksek sıcaklık havacılık parçaları, nükleer reaktörler, ve türbinler, bu, döküm rotasının hem yüksek sıcaklık hem de agresif servis gereksinimlerini karşılaması gerektiği anlamına gelir.
Alaşımlı dökümler için, Önemli olan tek erime noktası değil, katı-sıvı penceresi.
Nikel bazlı bir alaşım, metalin bir kısmı hala sıvı iken donmaya başlayabilir, bu nedenle dökümhane uygulaması beslemeyi hesaba katmalıdır, büzülme, ve tüm aralıkta katılaşma kontrolü.
Bu, nikel bazlı alaşımların yayınlanmış erime aralıklarından elde edilen bir mühendislik çıkarımıdır..
Kaynak
Nikel bazlı malzemeler, geleneksel kaynak işlemleriyle birleştirilebildiğinden ve zorlu ortamlarda faydalı performansı koruyabildiğinden yaygın olarak kaynak yapılır..
INCONEL Alaşım 600 geleneksel kaynak işlemleriyle kolayca birleştirilmiş olarak tanımlanır, ve üretici, korumalı metal ark için özel kaynak malzemelerini listeler, gaz tungsten arkı, ve gaz metal ark birleştirme.
MONEL Alaşım 400 aynı zamanda geleneksel işlemlerle kolayca birleştirilen olarak da tanımlanır.
Kaynak için, erime aralığı kontrolü önemlidir çünkü baz metalin amaçlanan füzyon bölgesinin ötesinde aşırı ısıtılmaması gerekir.
Nikel alaşımları genellikle erime aralıkları nedeniyle tam olarak seçilir., kuvvet, ve termal tepki, servis açısından kritik uygulamalarda kontrollü birleştirmeyi destekleyebilir.
Bu, özellikle kaynaklı parçanın imalattan sonra boyutsal olarak stabil ve korozyona dayanıklı kalması gerektiğinde önemlidir..
Isıl işlem
Isıl işlem, erime aralığı kontrolünün önemli olduğu başka bir alandır, çünkü operatör gerekli termal döngüye ulaşırken herhangi bir başlangıç-erime koşulunun altında güvenli bir şekilde kalmalıdır.
SAHİBİZ 617, Örneğin, normalde çözelti tavlanır 1175°C (2150°F), yayınlanmış erime aralığının altında yer alan 1330–1380 ° C.
Bu boşluk, mikro yapıyı bozmadan ısıl işlemi mümkün kılan kullanılabilir termal penceredir..
Aynı mantık daha geniş anlamda nikel bazlı alaşımlara da uygulanır: ısıl işlem, alaşımın katılaşması ve sıvılaşması göz önünde bulundurularak seçilmelidir, böylece parça kısmen erimeden amaçlanan metalurjik durumu kazanır.
Pratik üretimde, nikel alaşımlarının genellikle düşük erime noktalı metallere göre çok daha sıkı sıcaklık disipliniyle işlenmesinin nedeni budur.
8. Çözüm
Saf nikelin erime noktası yaklaşık 1455°C (1728 k / 2651°F), bu değere çok yakın kümelenen yetkili referanslarla.
Yayınlanan rakamlardaki hafif dağılım normaldir ve ölçüm geçmişini ve yuvarlamayı yansıtır, anlamlı bir mühendislik anlaşmazlığı değil.
Daha da önemlisi, Nikelin gerçek endüstriyel değeri, nikel alaşımlandığında erime davranışının değişmesinde yatmaktadır..
Ticari olarak saf nikel kaliteleri dar bir aralıkta erir, Monel gibi nikel bazlı alaşımlar ise 400, İnkonel 600, ve ATI 617 kendi katı-sıvı aralıkları etrafında tasarlanmıştır.
Bu nedenle nikel sadece yüksek erime noktasına sahip bir metal değildir.; korozyona ve ısıya dayanıklı malzemeler tasarlamak için yüksek sıcaklıkta bir platformdur.
SSS
Celsius ve Fahrenheit cinsinden nikelin erime noktası nedir??
Saf nikel yaklaşık olarak erir 1455°C, hangisi hakkında 2651°F. ASM yakından ilişkili bir değer verir 1453°C.
Nikel alaşımlarının neden tek bir nokta yerine erime aralıkları var??
Çünkü alaşımlama faz dengesini değiştirir, böylece malzeme bir anda erimeye başlar katı sıcaklık ve daha yüksek bir sıcaklıkta erimeyi bitirir sıvı sıcaklık.
Saf nikelin işlenmesi nikel alaşımlarına göre daha mı kolaydır??
Mutlaka değil. Saf nikelin keskin bir erime noktası vardır, ancak nikel bazlı alaşımlar genellikle daha iyi korozyon direnci sundukları için seçilir, mukavemet tutma, veya amaçlanan hizmet için ısı direnci.
Yüksek sıcaklık mühendisliğinde nikel neden bu kadar önemlidir??
Çünkü yüksek bir erime noktasını kullanışlı süneklik ve fırın donanımında kullanılan ısıya dayanıklı alaşım aileleri oluşturma yeteneği ile birleştirir., eşanjörler, havacılık parçaları, ve türbinle ilgili sistemler.
