1. 介绍
镍 (化学符号是, 原子数 28) 是延性, 银白色过渡金属，所属族 10 周期桌.
NIST 和英国皇家化学学会的权威热力学数据证实，纯镍的标准熔点为 1455 °C (2651 °f, 1728 k).
实际上，单质金属具有单一熔点, 但镍基合金通常会在一定范围内熔化，因为合金化会改变固相线和液相线温度.
镍的熔化行为是其广泛应用于耐腐蚀和耐热产品的原因之一.
商业镍和镍基合金存在于化学加工设备中, 热交换器, 熔炉硬件, 海洋服务, 及高温结构件, 热稳定性和受控凝固与强度一样重要.
2. 纯镍的熔点
对于元素金属, 镍通常被视为 单熔点材料 而不是宽范围合金.
不同技术来源公布的数值极其接近, 这就是工程师想要从参考金属中得到的: 可以在工艺设计中放心使用的稳定数字.
纯镍的代表值
| 材料 | 熔化行为 | 工程意义 |
| 纯镍 | 1453–1455°C / 2647–2651°F / 1726–1728 K | 单质镍在实际使用中本质上是一种急熔金属. |
对于已发布的熔化数据，1453°C 和 1455°C 之间的小幅差异是正常的.
它反映了纯度的差异, 测量方法, 和舍入约定，而不是金属本身的任何有意义的改变.
用于工程目的, 纯镍应被视为熔点约为 1455°C.
3. 镍合金和熔化范围
镍基合金的行为与纯镍不同.
添加其他元素后, 该合金通常会形成 实心 和 液体, 因此金属在某一温度下开始熔化并在更高的温度下完成熔化.
这就是为什么合金数据表报告了 融化范围 而不是单个点.
| 镍级 / 合金 | 熔化范围°C | 熔化范围°F | 熔化范围K |
| 镍 200 / 镍 201 | 1435–1445°C | 2610–2630°F | 1708.15–1718.15 K |
| 蒙乃尔合金 400 | 1300–1350°C | 2370–2460°F | 1573.15–1623.15 K |
| 铬镍铁合金 600 | 1354–1413°C | 2470–2580°F | 1627.15–1686.15 K |
| VDM合金 601 | 1330–1370°C | 2426–2498°F | 1603.15–1643.15 K |
| 海恩斯 / 铬镍铁合金 617 | 1330–1375°C | 2430–2510°F | 1603.15–1648.15 K |
| 铬镍铁合金 625 | 1290–1350°C | 2350–2460°F | 1563.15–1623.15 K |
| 铬镍铁合金 718 | 1260–1336°C | 2300–2437°F | 1533.15–1609.15 K |
| 哈氏合金C-276 | 1323–1371°C | 2415–2500°F | 1596.15–1644.15 K |
| VDM合金 690 | 1390–1410°C | 2534–2570°F | 1663.15–1683.15 K |
4. 影响镍熔化行为的因素
纯度
纯度是首要也是最重要的因素.
纯镍显示单, 明确的熔点, 而商业纯等级，如镍 200/201 显示出较窄的熔化范围，因为即使很小的成分差异也很重要.
材料越接近元素镍, 它的行为越接近单点转变.
合金添加剂
合金化是镍材料产生熔化范围的主要原因.
添加铜, 铬, 铁, 钴, 钼, 和其他元素改变相稳定性并改变固相线和液相线温度.
这就是为什么蒙乃尔合金 400, inconel 600, 和ATI 617 尽管都是镍基材料，但每种材料都有不同的熔化间隔.
产品形式及规格
根据产品形式和供应商数据表，商业镍产品的公布值可能略有不同.
这并不意味着金属的基本行为已经改变; 这意味着报告的范围反映了确切的等级, 微量杂质, 和产品状况.
对于工艺工程师, 这是提醒您使用特定炉次或批次的供应商数据表，而不是依赖通用镍值.
热处理环境
镍的熔化行为必须始终结合上下文来解释. 铸造炉一台, 一个钎焊循环, 和焊接工艺不使用相同的热目标.
熔化范围决定了金属软化之前操作员有多少热空间, 开始流动, 或失去形状.
在镍基高温合金中, 该窗口是设计逻辑的核心部分, 不是事后的想法.
5. 身体的 & 镍熔化过程中的化学变化
氧化行为
熔融镍具有高度化学活性. 多于 1000 °C, 镍与氧气快速反应生成氧化镍 (氧化镍).
无惰性气体保护, 液体表面覆盖一层致密的深色氧化膜, 冶炼夹渣缺陷增多.
工业镍熔炼必须采用氩气保护或真空熔炼隔绝氧气.
气体元素的溶解度
熔融镍具有很强的氢和氮溶解度. 气体溶解度在熔点附近达到峰值; 溶解气体过多，凝固后形成针孔.
高纯镍铸件必须进行脱气处理.
磁转变
镍在室温下具有铁磁性. 其居里温度为 358 °C; 高于这个临界温度, 镍在冷却之前会永久失去磁性.
熔化过程中磁力消失有利于熔炼炉电磁搅拌.
6. 如何测试镍的熔点?
差示扫描量热法和差热分析
用于实验室规模测定, DSC 和 DTA 是用于确定纯材料的熔化和结晶温度的标准热分析工具.
ASTM E794 规定该测试方法描述了通过差示扫描量热法和差热分析测定熔化和结晶温度, 该方法对于质量控制很有用, 规格验收, 和研究.
实践, 使用已知的参考标准进行校准, 通常使用纯金属作为校准材料.
熔化温度通常取自 推断发病时间 过渡期的, 当样品在峰值处完全熔化时.
当需要精确的实验室值时，这使得 DSC 对于镍特别有用.
光学高温测量
适用于非常热的工业条件, 光学上的高温法 是一种实用的非接触方法，因为它测量来自热物体的热辐射而不需要物理接触.
这使得它对于熔炉观察很有价值, 熔体处理, 以及其他接触式传感器可能不切实际的高温过程检查.
方法的实际比较
| 方法 | 最佳使用 | 力量 | 局限性 |
| DSC / DTA | 实验室测定熔化和结晶温度 | 适合受控测量和基于校准的分析 | 需要小样本和受控测试条件. |
| 光学高温测量 | 熔炉和过程温度测量 | 非接触式，适用于非常热的表面 | 测量观察路径中的辐射温度, 所以设置和发射率很重要. |
7. 镍熔程控制的工业应用
精密铸造
在 精密铸造, 熔化范围决定了熔炉必须提供多少热余量以及浇注前必须如何仔细地管理熔体.
熔炉部件采用纯镍和镍基合金, 化学处理容器, 交换器, 高温航空航天零件, 核反应堆, 和涡轮机, 这意味着铸造路线必须满足高温和苛刻的服务要求.
用于合金铸件, 重要的一点不是单一的熔点，而是 固液窗口.
当部分金属仍呈液态时，镍基合金可能会开始冻结, 因此铸造实践必须考虑进料, 收缩, 以及全范围的凝固控制.
这是根据已发表的镍基合金熔化间隔得出的工程推论.
焊接
镍基材料被广泛焊接，因为它们可以通过传统的焊接工艺连接，并在苛刻的环境中保持有用的性能.
铬镍铁合金 600 被描述为易于通过传统焊接工艺连接, 制造商列出了保护金属电弧焊的具体焊接材料, 钨极气体保护电弧, 和气体金属电弧焊.
蒙乃尔合金 400 也被描述为很容易通过传统工艺连接.
用于焊接, 熔化范围控制很重要，因为母材不得过热超出预期熔化区.
镍合金通常因其熔化间隔而被精确选择, 力量, 和热响应可以支持关键服务应用中的受控连接.
当焊接部件在制造后必须保持尺寸稳定和耐腐蚀时，这一点尤其重要.
热处理
热处理是熔化范围控制很重要的另一个领域, 因为操作员必须安全地保持在任何初熔条件以下，同时仍达到所需的热循环.
我们有 617, 例如, 通常是固溶退火 1175°C (2150°f), 其熔程低于其公布的 1330–1380°C.
该间隙是可用的热窗口，可以在不破坏微观结构的情况下进行热处理.
同样的逻辑更广泛地适用于镍基合金: 选择热处理时必须考虑合金的固相线和液相线，以便零件获得预期的冶金状态而不会部分熔化.
在实际制造中, 这就是为什么镍合金的加工温度通常比低熔点金属严格得多.
8. 结论
纯镍的熔点约为 1455°C (1728 k / 2651°f), 权威参考文献聚类非常接近该值.
公布的数字略有差异是正常的，反映了测量历史和四舍五入, 不是一个有意义的工程分歧.
更重要的是, 镍的真正工业价值在于镍合金化时熔化行为的变化.
商业纯镍牌号的熔化范围很窄, 而镍基合金如蒙乃尔合金 400, inconel 600, 和ATI 617 围绕自己的固相线-液相线间隔设计.
这就是为什么镍不仅仅是一种高熔点金属; 它是设计耐腐蚀和耐热材料的高温平台.
常见问题解答
镍的熔点是多少摄氏度和华氏度?
纯镍的熔点约为 1455°C, 这是关于 2651°f. ASM 给出了密切相关的值 1453°C.
为什么镍合金有熔化范围而不是一个精确的点?
因为合金化改变了相平衡, 所以材料开始熔化 实心 温度并在更高的温度下完成熔化 液体 温度.
纯镍比镍合金更容易加工吗?
未必. 纯镍具有尖锐的熔点, 但通常选择镍基合金，因为它们具有更好的耐腐蚀性, 强度保留, 或预期用途的耐热性.
为什么镍在高温工程中如此重要?
因为它结合了高熔点和有用的延展性以及形成用于熔炉硬件的耐热合金系列的能力, 交换器, 航空航天零件, 和涡轮机相关系统.
