Nikkellegeringen op hoge temperatuur
Nikkel is het vijfde meest voorkomende element op aarde, maar tot de vorige eeuw was het commerciële gebruik beperkt vanwege de moeilijkheid van mijnbouw en raffinage. De ontwikkeling van jetmotoren was een belangrijke katalysator voor de ontwikkeling van nikkelgebaseerde legeringen die in staat zijn om hoge sterkte bij hoge temperaturen te behouden.
Nikkel heeft een smeltpunt van 1453 graden Celsius, dat veel hoger is dan metalen zoals koper (1084 graden Celsius) en aluminium (660 graden Celsius), maar veel lager dan metalen zoals Tungsten (3400 graden Celsius). De prestaties van hoge temperatuur gaan echter niet alleen over het smeltpunt van het metaal, anders zou ijzer (1150 graden Celsius) of staal (1400 graden Celsius) breder worden gebruikt. Een andere eigenschap van nikkel- en nikkellegeringen is hun vermogen om een dikke en stabiele passieve oxidelaag te vormen wanneer verwarmd, wat hen beschermt tegen verdere corrosie, waardoor ze bij hoge temperaturen kunnen werken. Deze oxidelaag kan tot meerdere micron dik zijn, afhankelijk van de temperatuur en de omgeving waaraan het metaal wordt blootgesteld. Nikkellegeringen zijn ook resistent tegen carburisatie, wat de aanwezigheid van koolstof bij hoge temperaturen is, zoals tijdens het kraken van gassen in verschillende chemische verwerking of raffinage -operaties.
Versterking mechanismen
Afhankelijk van de specifieke legering wordt de kracht op hoge temperatuur gehandhaafd door versterking van vaste oplossing of neerslagversterking. Het mechanisme van vaste oplossingversterking is de toevoeging van atomen van legeringselementen aan het kristalrooster van het nikkel. Deze verstoring van de kristalstructuur maakt vervorming moeilijker door de beweging van 'dislocaties' te vertragen of te voorkomen. Elementen zoals molybdeen worden toegevoegd aan Inconel 625 (legering 625, UNS N06625, 2.4856) om de sterkte te vergroten.
Bij neerslagversterking worden kleine hoeveelheden niobium, titanium en aluminium gecombineerd met nikkel om intermetallische neerslag te vormen. Deze neerslag wordt gevormd tijdens de uiteindelijke warmtebehandeling, ook bekend als veroudering. Deze neerslagen vertragen ook de beweging van dislocaties in de kristalstructuur, wat de sterkte en taaiheid verhoogt. Bij hogere temperaturen vermindert dit mechanisme ook de kans op kruip, wat goed wordt gebruikt in ruimtevaarttoepassingen. Nickel alloys that utilize precipitation strengthening include Inconel 718 (Alloy 718, UNS N07718, 2.4668), Inconel 725 (Alloy 725, UNS N07725), Incoloy 925 (Alloy 925, UNS N09925), and Monel K-500 (Alloy K-500, UNS N05500, 2.4375).
Legeringen zoals Inconel 718 en Inconel 625 behouden de meeste van hun mechanische eigenschappen bij temperaturen tot 650 graden Celsius (1200 graden Fahrenheit), maar kunnen selectief worden gebruikt bij temperaturen die 1000 graden Celsius (1800 graden Fahrenhe) naderen.
Omdat nikkellegeringen gemakkelijk met vele andere metalen, kan het naast kracht de corrosieweerstand en andere fysieke eigenschappen verbeteren. Chroom en molybdeen worden vaak toegevoegd om corrosie- en oxidatieresistentie te verbeteren, waarbij in het bijzonder wordt beschouwd als molybdeen om de putresistentie te verbeteren. Koper wordt ook gebruikt in Incoloy 825 -legering om de weerstand tegen het verminderen van zuren zoals zwavel-, fosforische en zoutzuren te verbeteren.
