Augstas temperatūras niķeļa sakausējumi

Niķelis ir piektais visizplatītākais elements uz Zemes, bet līdz pagājušajam gadsimtam tā komerciālā izmantošana bija ierobežota, pateicoties kalnrūpniecības un rafinēšanas grūtībām. Jet dzinēju attīstība bija svarīgs katalizators niķeļa sakausējumu izstrādei, kas spēj uzturēt augstu izturību augstā temperatūrā.

Niķeļa kušanas temperatūrai ir 1453 grādi pēc Celsija, kas ir daudz augstāks nekā metāli, piemēram, varš (1084 grādi pēc Celsija) un alumīnija (660 grādi pēc Celsija), bet daudz zemāki par metāliem, piemēram, volfciju (3400 grādi pēc Celsija). Tomēr augstas temperatūras veiktspēja ir ne tikai par metāla kušanas temperatūru, pretējā gadījumā dzelzs (1150 grādi pēc Celsija) vai tērauda (1400 grādi pēc Celsija) būtu plašāk izmantoti. Vēl viens niķeļa un niķeļa sakausējumu īpašums ir to spēja, kad to karsē veidot biezu un stabilu pasīvu oksīda slāni, kas tos aizsargā no turpmākas korozijas, kas ļauj tiem darboties augstā temperatūrā. Šis oksīda slānis var būt līdz vairākiem mikronu bieziem, atkarībā no temperatūras un vides, ar kuru metāls ir pakļauts. Niķeļa sakausējumi ir izturīgi arī pret karburizāciju, kas ir oglekļa klātbūtne augstā temperatūrā, piemēram, gāzu plaisāšanas laikā dažādās ķīmiskās apstrādes vai rafinēšanas operācijās.

Stiprināšanas mehānismi
Atkarībā no konkrētā sakausējuma tā augstas temperatūras stiprumu uztur cieta šķīduma stiprināšana vai nokrišņu stiprināšana. Cietu šķīduma stiprināšanas mehānisms ir leģējošu elementu atomu pievienošana niķeļa kristāla režģim. Šī kristāla struktūras perturbācija apgrūtina deformāciju, palēninot vai novēršot "dislokāciju kustību". Lai palielinātu stiprību, tādi elementi kā molibdēns tiek pievienoti Inconel 625 (sakausējums 625, UNS N06625, 2,4856).

Nokrišņu stiprināšanā nelielu daudzumu niobija, titāna un alumīnija tiek apvienoti ar niķeli, veidojot starpmetālu nogulsnes. Šīs nogulsnes veidojas pēdējās termiskās apstrādes laikā, kas pazīstamas arī kā novecošanās. Šie nogulsnes arī palēnina dislokāciju kustību kristāla struktūrā, kas palielina izturību un izturību. Augstākā temperatūrā šis mehānisms samazina arī šļūdes iespējamību, kas ir labi izmantota aviācijas un kosmosa lietojumos. Niķeļa sakausējumi, kas izmanto nokrišņu stiprināšanu, ir Inconel 718 (sakausējums 718, UNS N07718, 2,4668), Incoll 725 (sakausējums 725, UNS N07725), Incoloy 925 (sakausējums 925, UNS N09925) un Monel K -500 (Alloy K -500}, -500} (Alloy K -500}}},} N05}}} (Alloy K {~ 12}}}}}}}}, 2.4375).

Sakausējumi, piemēram, Inconel 718 un Inconel 625, lielāko daļu savu mehānisko īpašību saglabā temperatūrā līdz 650 grādiem pēc Celsija (1200 grādi pēc Fārenheita), bet tos var selektīvi izmantot temperatūrā, kas tuvojas 1000 grādiem pēc Celsija (1800 grādi pēc Fārenheita).

Tā kā niķeļa sakausējumi viegli ar daudziem citiem metāliem, tas papildus izturībai var uzlabot pretestību korozijai un citām fizikālām īpašībām. Hromijs un molibdēns bieži tiek pievienots, lai uzlabotu koroziju un izturību pret oksidāciju, jo īpaši molibdēns tiek uzskatīts par uzlabotu izturību pret bedri. Varš tiek izmantots arī Incoloy 825 sakausējumā, lai uzlabotu tā izturību pret skābēm, piemēram, sēra, fosforiskām un sālsskābēm, reducējošām.