X
تبلیغات
دانشنامه مهندسی مواد - تاثیر نیکل

LOGO

دانشنامه مهندسی مواد
مواد.ریخته گری.متالورژی.جوشکاری
  • banner 240x80px
  • banner 240x80px
  • banner 240x80px

تاثیر نیکل

 

نیکل فلز سفید نقره ای رنگی است که پرداخت بالایی دارد.این عنصر در طبیعت با گوگرد،آرسنیک ترکیب می شود.در تولید سکه نیز از آن استفاده می شود.

کاربرد نیکل به دوران باستان و در حدود 3500 م ق بر میگردد.برنزهایی که در سوریه امروزی کشف شده اند،در حدود 2 درصد نیکل دارند.علاوه برآن،دست نوشته های چینی هستند که در آنها به استفاده از مس سفید برای جهت یابی در 1400 و 1700 م ق اشاره شده است.با این وجودبا توجه به اینکه سنگ معدن نیکل معمولا با نقره به اشتباه گرفته می شد،از اینرو تاریخ دقیق و قابل اعتمادی از کاربرد آن وجود ندارد.

اهمیت سنگ معدن های حاوی نیکل (به عنوان مثال کوپرونیکل kupfernickel ) در سبز کردن شیشه ها خلاصه می شد.در سال 1751،بارون اکسل فدریک کرونشتات (Baron Axe Fredrik Cronstedt) تلاش کرد که مس را ازکوپرونیکل (که امروزه نیکولیت نامیده می شود) استخراج نماید،اما در نهایت فلز سفید رنگی بنام نیکل را از آن استخراج کرد.سکه های نیکلی ،نخست، در سال 1881 در کشور سوییس استفاده شد.

نیکل در بیولوژی چندین نقش را ایفا می نماید.در واقع،اولین پروتئینی که متبلور می شود،اوریز(آنزیمی که اوره را به کربنات آمونیم تبدیل میکند)(Urease) است که دارای عنصر نیکل است و به هیدرولیز اوره کمک می کند.هیدروژناسهای NiFe  علاوه بر کلاسترهای آهن-گوگرد،دارای نیکل نیز می باشند.

نيكل به عنوان عنصر آلياژي در فولاد بهمراه كروم استفاده مي شود. وزن اتمي آن 59 بوده و در 1435 C ذوب مي شود.در حالت مذاب و جامد بهر نسبتي در آهن حل مي شود.نيكل عنصر آستنيت زا است و هيچگونه تاثيري در تشكيل كاربيد و اكسيد ندارد. به علت اينكه تمايل به تركيب آن با كربن و اكسيژن كمتر از آهن است.

نيكل سختي پذيري فولاد را افزايش مي دهد و در حدود 0.25 تا 5 درصد در تركيب فولاد وجود دارد. نيكل چقرمگي شكست فولاد بهمراه استحكام و سختي آن را افزايش مي دهد. فلذا،در مواقعي كه در دماهاي پايين به چقرمگي شكست بالاي نياز باشد درصد آن تا 9 نيز مي توان باشد.در فولادهاي زنگ نزن آستنيتي7 تا 35 درصد نيكل وجود دارد.در اين فولادها براي خنثي كردن اثر فريت زايي كروم از نيكل بهره مي گيرند.فولادهاي با 30 – 40 % نيكل ،آلياژ Invar  ناميده مي شوند كه انقباض و انبساط بسيار كمتري دارند.

نيكل خودبخود باعث افزايش مقاومت خوردگي مي شود. در درصدهاي بالاتر از 7%  باعث آستنيتي شدن فولادهاي مقاوم در برابر مواد شيمیايي تا دماهاي خيلي زياد مي شود . در دماهاي بالاي 600 C استحكام فولادهاي آستنيتي بيشتر مي شود.

نیکل بهر نسبتی در آهن گاما حل می شود وفقط 10 درصد در آهن آلفا قابل حل است.با تشکیل محلول جامد هنگام افزودن نیکل ، فریت را چقرمه کرده و استحکام می بخشد و تا حدی سختی پذیری آستنیت را زیاد می کند.در مقادیر کربن زیاد، نیکل سعی می کند که در آستنیت باقی بماند.

از آنجاییکه نیکل در کاهش دمای تبدیل گاما به آلفا بسیار موثر است، این محلول جامد تا دمای اتاق آستنیتی باقی مانده و بالاخص اگر درصد نیکل بیشتر از 30% باشد دیگر نرخ سرد کردن تاثیر چندانی نخواهد داشت.

نیکل کاربید ساز نیست و در فولاد بصورت فاز محلول جامد می باشد.نرخ دیفوزیون کربن در محلول جامد در حضور نیکل چندان تحت تاثیر درصد نیکل نیست ولی در صورت وجود کربن در محلول جامد، نرخ دیفوزیون نیکل در آن بسیار کند خواهد بود.تاثیر نیکل بر استحاله آستنیتی در محدوده دمای بینیت موثر تر از دمای تشکیل پرلیت است.از اینرو، تاثیر نیکل بر اساس اثر آن بر فریت و نحوه تشکیل و توزیع فاز کاربیدی سنجیده می شود.

برای افزایش استحکام و سختی بدون کاهش قابل ملاحظه داکتیلیتی فولادهای کم کربن معینی، تا 5 درصد نیکل اضافه می شود.ساختار پرلیت کم کربن ریز بوده چون نیکل کربن یوتکتوئید را می کاهد و در مقادیر 3-5 % Ni  با آرام سرد کردن از دمای آستنیته، فریت نیکل دار تشکیل می شود.در فولادهای با نیکل بالاتر از 5 %  بدلیل حضور مارتنزیت ، امکان تردی فولادهای آرام سرد شده نیز وجود دارد.فولادهای با 15-20 % Ni  کاملا مارتنزتی بوده که در سیستم های آهن – نیکل ، بیشترین سختی 300 HB  را دارد.با افزایش نیکل از این مقدار، آستنیت ظاهر شده و سختی کاهش می یابد.

فولادهای نیکل دار همانند سایر فولادهای آلیاژی بعد از آبکاری و برگشت به خواص مطلوبی می رسند.فولادهای 3-5 %Ni  در دماهای پایین تر از فولادهای با کربن مشابه بخوبی آبکاری می شوند چراکه نیکل دمای استحاله یوتکتوئید را می کاهد.علاوه بر آن کاربیدهای کمپلکسی در این فولادها تشکیل نمی شود فلذا زمان همدمایی کوتاهتر خواهد شد.بدلیل کاهش احتمال دکربوریزاسیون و اعوجاج می توان از دمای بالا و قابل قبول استفاده کرد تا ترکیب عالی از مقاومت ضربه خوب و داکتیلیتی و ازدیاد استحکام بدست آید.

فولادهای سختی سطحی شونده کم کربن اغلب دارای تا 3%  نیکل هستند.در چنین فولادی ، سطح چقرمه ولی محکم همراه با خواص قابل قبول در مرکز بوجود می آید.نیکل با کاهش دمای استحاله،و یکسان کردن دمای سطح و مرکز، اعوجاج را می کاهد.نیکل نرخ دیفوزیون کربن را می کاهد.بنابر این در فرآیند کربوریزاسیون،به زمان زیادی نیاز است.افزودن 1 درصد کروم به ترکیب فولاد،از دیفوزیون آرام کربن جلوگیری می کند . ولی باید دقت کرد که کروم زیاد تردی سطح را زیاد می کندو در نتیجه امکان کنده شدن پوست Scaling  بیشتر می شود.

افزودن نیکل به فولادهای کم کربن سبب افزایش مقاومت ضربه در دماهای کـــم  می شود.فولاد نرمــــــــال شده با   ترکـــیب 0.1 % C,3 % Ni  انرژی ضربه 40-50 ft.Ib  در دمای -75 C  دارد در حالیکه انرژی ضربه همان فولاد بدون نیکل با همان درصد کربن 10 ft.ib است.چنین فولادهای نیکل داری از قابلیت بالای جوشکاری برخوردار هستند.فولاد کم کربن با 9 درصد نیکل برای فلز جوش استفاده می شود که نیاز به انرژی ضربه خوب در دماهای پایین است.نیکل مقاومت خوردگی اتمسفری این فولادها را افزایش می دهد.

اگر چه  فولادهای نیکلی استفاه وسیعی دارند، معهذا برای بهبود و حصول به خواص فیزیکی و مکانیکی مورد نظر درصدی از کروم یا مولیبدن نیز به ترکیب اضافه می شود.این درصد ناچیز از عناصر فوق سختی پذیری فولاد را افزایش می دهد و به تبع آن استحکام بالا و مقاومت سایشی زیاد همراه با همان چقرمگی بدست می آید.فولادی از این نوع را می توان 1-4 % Ni, up to 1.5 % Cr  و اغلب تا 0.5 % Mo  برای کاهش حساسیت تردی آبی مثال زد.

در فولادهای نیتریدی استاندارد کروم- مولیبدن- آلومینیوم مقدارن نیکل تا 3.5 درصد است و دراین فرآیند نیتریداسیون، ترکیب های بین فلزی نیکل- کروم تشکیل می شود. سطح بسیار سخت شده ولی رسوب سختی مرکز استحــــــکام تسلیـــــم را به اندازه 20 ton/ in2 افزایش می دهد.

آلیاژهای مغناطیس دایم از نوع Alnico   دارای نیکل از 11 تا 32 درصد هستند.در توربینهای گازی و در مصارفی که نیاز به استحکام بالا در دماهای بالا می باشند، آلیاژهای نیکل- آهن ، سری Inconel, Nimanic,  بکار می روند.آلیاژهای نیکل - آهن 35-95  درصد نیکل داشته و از نفوذ خواص مغناطیسی بسیار بالایی برخورداند و در مصارف الکتریکی استفاده میشوند.سایر آلیاژهای آستنیتی نیکل  - آهن در موارد معینی بکار می روند. به عنوان مثال، Invar  که تقریبا 36 % Ni  دارد، انبساط ناچیزی در محدوده وسیعی از درجه حرارت دارد فلذا در فنر ها کاربرد زیادی خواهند داشت.علیرغم ساختار آستنیتی پایدارآلیاژ 30 درصد نیکل-کروم، تغییرات نفوذ مغناطیس در نزدیکی دمای اتاق امکان دستیابی به نفوذ مغناطیس متغیر با تغییر دما را فراهم می آورد.مقاومت های تشعشعی الکتریکی از آلیاژهای نیکل- کروم یا نیکل – آهن می باشند که مقاومت اکسیداسیون عالی در دماهای بالا دارند.

نیکل با چدن در هر نسبتی آلیاژ تشکیل می دهد.در چدنها، نیکل گرافیت زای متوسطی بوده و درصد پرلیت را زیاد می کند و مقدار فریت آزاد را می کاهد.فلذا یکنواختی ساختار و خواص را بیشتر می کند.از اینرو چدنهای آلیاژی با نیکل ، خواص و ساختار یکنواخت تری در مقاطع نازک و ضخیم از خود نشان می دهد.

افزودن مقادیر کمی از نیکل 0.1- 1 %  پرلیت را اصلاح می کندو اگر مقدار زیادی اضافه شود، ساختار مارتنزیت و آستنیت در ریزساختار ظاهر می شود.از طرفی اصلاح و پایدارسازی پرلیت قابلیت ماشینکاری چدنها را افزوده و سختی پذیری آنها را زیاد می کند.بهمین دلیل است که چدنهای آلیاژی نیکل دار بیشتر در ریختگی های موتور ماشین کاربرد دارد.

افزودن مقدار کمی از نیکل اثری حدود یک سوم اثر سیلیس بر گرافیت زایی داردو بنابراین، اگر در چدنهای آلیاژی نیکل دار بخواهیم پدیده گرافیت زایی را محدود کنیم باید درصد سیلیس را کمتر کنیم که عملا چنین کاری در اکثر موارد عملی نیست. برای این منظور، کروم به ترکیب اضافه می شود.

Ni Resist  چدن پرنیکلی است که نیکل و مس به حد کافی در آن است تا که ساختار آستنیتی پایدار باشد و بتوان به خواص فیزیکی و مکانیکی مورد نظر دست یافت.این چدن بالاخص در محلولهای متوسط مقاومت خوردگی خوب داشته و مقاومت حرارتی در دماهای پایین بهتر شده ای داردوNicrosilal  چدن آستنیتی نیکل داری است که مقاومت حرارتی زیادی در دماهای بالا دارد.

Ni Hard  چدن سفید مقاوم به سایشی است که نیکل کافی داشته تا ساختار مارتنزیتی را در شرایط بعد از ریختگی ارتقاء دهد. اگر درصد نیکل زیاد شود، احتمال وجود آستنیت باقی مانده نیز زیاد خواهد شد.


دسته بندی :