Rezistenta aliajelor de nichel la temperatură ridicată

Nichelul este al cincilea element cel mai răspândit pe pământ, dar utilizarea lui a fost limitată comercial până în secolul trecut din cauza dificultăților de extragere și rafinare a acestuia. Din acel moment, dezvoltarea motorului cu reacție a fost un catalizator major pentru dezvoltarea aliajelor pe bază de nichel, pentru a oferi metale care să poată combina rezistență la rupere cu rezistenta la temperaturi ridicate.

Temperatura de topire a nichelului este de 1435 °C, ceea ce este mult mai mare decât metale precum cuprul (1084 °C) și aluminiu (660 °C), dar mult mai mică decât metale precum wolfram (3400 °C). Capacitatea de a funcționa la temperaturi ridicate, totuși, nu este legată doar de temperatura de topire a metalelor, altfel fierul (1150 °C) sau oțelul (1400 °C) ar fi utilizate pe scară mai largă. Proprietatea suplimentară a nichelului și a aliajelor de nichel care le permite să funcționeze la temperaturi ridicate este generata de capacitatea lor de a forma un strat de oxid gros, stabil, pasiv, atunci când sunt încălzite, care le protejează de atacuri ulterioare. Acest strat de oxid poate avea o grosime de câțiva microni, în funcție de temperatura și mediul la care a fost expus metalul. Aliajele de nichel pot rezista, de asemenea, la carburare, acolo unde speciile de carbon sunt prezente la temperaturi ridicate, de exemplu în timpul cracării gazului în diferite operațiuni de procesare chimică sau de rafinărie.

Mecanisme de rezistenta
Rezistența la temperatură înaltă este obtinuta prin consolidarea formei solide sau întărirea prin precipitare, în funcție de aliajul particular. Mecanismul de întărire a formei solide funcționează prin adăugarea de atomi ai elementului de aliere la rețeaua cristalină de nichel. Această perturbare a structurii cristaline face deformarea mai dificilă prin încetinirea sau blocarea mișcării „dislocațiilor”. Elemente precum molibdenul sunt adăugate în Inconel 625 (Alloy 625, UNS N06625, 2.4856), pentru a îmbunătăți nivelul de rezistență atins.

În întărirea prin precipitare, cantități mici de niobiu, titan și aluminiu se combină cu nichel pentru a forma precipitate intermetalice. Aceste precipitate se formează în timpul unui proces final de tratament termic cunoscut și sub numele de îmbătrânire. Precipitatele încetinesc, de asemenea, mișcarea dislocațiilor în structura cristalină, cresc rezistența și duritatea. La temperaturi mai ridicate, acest mecanism reduce, de asemenea, probabilitatea de apariție a fluajului, care este exploatat în aplicațiile aerospațiale. Aliajele de nichel care utilizează consolidarea prin precipitare includ Inconel 718 (Alloy 718, UNS N07718, 2.4668), Inconel 725 (Alloy 725, UNS N07725), Incoloy 925 (Alloy 925, UNS N09925-K-50) și Monel K-500 N05500, 2,4375).

Deoarece nichelul se va alia ușor cu multe alte metale, este posibil să se îmbunătățească nivelul de rezistență la coroziune și alte proprietăți fizice în afară de rezistență. Cromul și molibdenul sunt adăugate în mod obișnuit pentru a spori rezistența la coroziune și oxidare, molibdenul fiind cunoscut că îmbunătățește rezistența la coroziunea in puncte în special. Cuprul este, de asemenea, utilizat în Incoloy 825 pentru a spori rezistența la acizi reducători, cum ar fi acidul sulfuric, acidul fosforic și acidul clorhidric.