ما هو سبيكة على أساس النيكل؟

سبيكة قائمة على النيكل هي سبيكة يكون فيها النيكل هو العنصر الذي تبنى عليه البنية، وهي البنية التي تحدد الفئة. لا يتم اختيار العنصر الأساسي لخصائصه الخاصة بقدر ما يتم اختياره لحقيقة أنه سيحتوي على عدد كبير من العناصر الأخرى في محلول دون تغيير شكله البلوري. هذا ما يجعل العائلة واسعة جدًا، وهذا أيضًا سبب عدم إمكانية وصف العائلة بقائمة واحدة من الخصائص.

يجب تسوية أحد الفروقات قبل الفئات، لأنه هو مصدر معظم الارتباك في هذا الموضوع. سبيكة قائمة على النيكل أوسع من سبيكة عالية الحرارة قائمة على النيكل. السبائك عالية الحرارة، والتي تسمى أيضًا السبائك الفائقة، هي فئة محددة بدرجة حرارة الخدمة: التعريف المنشور هو سبيكة يمكن استخدامها فوق حوالي 0.7 من درجة حرارة انصهارها المطلقة، حيث تكون مقاومة الزحف والأكسدة هي المعايير التصميمية الحاكمة. السبائك الفائقة مبنية على أساس حديدي، أو أساس كوبالت، أو أساس نيكل، لذا فإن أساس النيكل هو خيار واحد داخل تلك الفئة، والفئة ليست كل علم معادن النيكل.

النيكل النقي وسبائك النيكل والنحاس هي سبائك قائمة على النيكل ليست سبائك فائقة. السبائك الدقيقة، والتي تعتبر درجاتها المغناطيسية اللينة الأكثر شيوعًا، تقع خارج فئة درجة الحرارة أيضًا. وكذلك عائلة ذاكرة الشكل. معالجة المصطلحين كمرادفين تجعل الفئات أدناه مستحيلة التحديد بدقة، والأقسام التي تلي هذا القسم تبقيهما منفصلين.

ما الذي يجعل السبيكة قائمة على النيكل

المصفوفة هي ما يحمل الاسم. إذا كانت الطور المستمر في المادة النهائية هي النيكل، فإن السبيكة قائمة على النيكل، بغض النظر عن العناصر الأخرى الموجودة وما هو التطبيق. لذلك، فإن نطاق التركيب هائل، لأن العائلة تغطي كل شيء من النيكل النقي تجاريًا بنسبة 99.6٪ إلى سبيكة فائقة مقواة بالترسيب مع اثني عشر إضافة متعمدة.

لماذا يحتفظ النيكل ببنيته

النقطة الهيكلية التي يتبعها كل شيء آخر بسيطة في التحديد. النيكل مكعب الوجه المركزي، ويظل مكعب الوجه المركزي. لا يوجد تحول تآصلي بين درجة حرارة الغرفة ونقطة الانصهار، لذا فإن تسخين سبيكة النيكل لا يغير ترتيب شبكته.

الحديد يتحول. هذا الاختلاف هو سبب تحمل قاعدة النيكل كيمياء لا تستطيع قاعدة الحديد تحملها: يمكن إضافة عناصر بكميات كبيرة إلى مصفوفة لن تعيد ترتيب نفسها تحتها. النتيجة للمشتري هي سبب قدرة عائلة سبائك واحدة على تغطية واجبات التآكل، والواجبات الكهربائية، والواجبات عالية الحرارة دون أن تصبح علم المعادن متناقضًا.

الحد الأقصى لما يمكن إضافته ليس رقمًا ثابتًا. يتم الوصول إليه عندما تبدأ السبيكة في إخراج أطوار لم تكن مقصودة أبدًا، وتلك التي يجب تجنبها معروفة جيدًا. إنها هشة في حد ذاتها، وتزيل من المصفوفة العناصر نفسها التي تمت إضافتها لتقويتها، لذا فإن الضرر مضاعف.

لا توجد قاعدة بسيطة لتركيز ظهور أي من هذه. التوجيهات المنشورة هي أن حدود التركيب يجب قراءتها من مخطط طور للنظام المحدد، أو قياسها، وهذا هو سبب عدم إمكانية كتابة مواصفات السبيكة عن طريق جمع العناصر المفيدة والتوقف.

الطريقتان اللتان تقوى بهما سبيكة النيكل

التقوية تعني جعل حركة الخلع عبر الشبكة أصعب. تقوى سبائك النيكل بطريقتين، وتستخدم معظم الدرجات التجارية كليهما.

عن طريق الاحتفاظ بالذرات في محلول

ذرة بحجم مختلف تجلس في شبكة النيكل تشوهها محليًا وتجعل الشبكة أصعب في الانزلاق. قائمة العناصر المنشورة التي تعمل بهذه الطريقة في كل من المصفوفة والترسيب تشمل الكوبالت والحديد والكروم والنيوبيوم والتنتالوم والموليبدينوم والتنجستن والفاناديوم والتيتانيوم والألمنيوم. التأثير حقيقي ولكنه متواضع، ويستمر عند كل درجة حرارة حتى النقطة التي تبدأ فيها الذرات نفسها في الانتشار.

عن طريق ترسيب طور مرتب

الآلية الثانية هي ما يعطي العائلة طابعها عالي الحرارة، وتعتمد على مصادفة هيكلية. إضافة الألمنيوم أو التيتانيوم إلى قاعدة النيكل ينتج عنه بنية مجهرية ثنائية الطور: مصفوفة، مكتوبة γ، مع جزيئات طور بين معدني، مكتوب γ′، مبعثرة خلالها. الشبكتان متشابهتان في الحجم وتصطفان خلية بخلية، وهي علاقة تسمى الوصف المنشور علاقة مكعب-مكعب، وبالتالي فإن الجزيء متماسك مع المصفوفة طالما أنه صغير.

تنتج تلك المصادفة ثلاث فوائد منفصلة في وقت واحد. الواجهة بين الطورين لها طاقة منخفضة، لذا تقاوم الجزيئات التضخم، وهي استقرار هيكلي مهم في درجة الحرارة. الجزيء مرتب ذريًا، وهذا الترتيب يعيق مرور الخلع. ولأن التضخم مدفوع بتقليل الطاقة البينية، فإن الواجهة المتماسكة تبطئ العملية التي من شأنها أن تلين السبيكة بخلاف ذلك.

نسبة الألمنيوم إلى التيتانيوم هي تحكم، وليست تفصيلاً. تحدد حجم وإشارة عدم التطابق بين الشبكتين، وعدم التطابق السلبي، أي ترسيب بخلية أصغر، يعزز تكوين هياكل طبقية تحت الحمل. يلاحظ الحساب المنشور أن هذا يمكن أن يقلل من معدل الزحف.

عن طريق تثبيت حدود الحبوب

مجموعة ثالثة من الإضافات لا تقوي داخل الحبوب على الإطلاق. البورون والزركونيوم تتجمع عند حدود الحبوب، ويقترن انخفاض طاقة الحدود الناتج بقوة زحف أفضل واستطالة أفضل عندما يحدث الفشل بخلاف ذلك عن طريق انفصال الحبوب. العناصر التي تشكل الكربيدات تتصرف بطريقة مماثلة: تميل الكربيدات إلى الترسيب عند الحدود وتقليل الانزلاق عليها.

كم من الترسيب تحتاجه مهمة معينة

يمكن ضبط نسبة الطور المرتب في البنية المجهرية عن طريق المعالجة الحرارية، وتظهر الأرقام المنشورة مدى تحرك المتطلب مع المهمة. هذا هو الرقم الأكثر فائدة في الصفحة للمشتري، لأنه يفسر لماذا يتم توريد سبائكين بتركيبات متشابهة في حالات مزاجية مختلفة تمامًا.

نفس المصدر يعطي درجة الحرارة التي تبدأ عندها تلك الآلية بالفشل. قوة هذه السبائك غير حساسة بشكل ملحوظ لدرجة الحرارة حتى نقطة معينة، والرقم المنشور للحد هو حوالي 600 درجة مئوية، وبعد ذلك يكون التنشيط الحراري كافيًا للخلع لتجاوز العقبات. هذا هو سبب ارتفاع النسبة بشكل حاد للتطبيقات الأكثر سخونة، وليس لأن السبيكة أصبحت ببساطة أكثر صلابة.

التصنيف الذي يحتاجه المشتري فعليًا

تم تنظيم الفئات أدناه حسب الخدمة التي يتم شراء السبيكة من أجلها، وهي الطريقة التي يتم بها طلب المادة. كل منها عبارة عن مجموعة مختلفة من العناصر تقوم بعمل مختلف، وعمود درجة الحرارة هو الجزء الذي غالبًا ما يتم ذكره بشكل خاطئ.

أسئلة يطرحها المشترون

هل السبيكة القائمة على النيكل هي نفسها السبيكة الفائقة القائمة على النيكل؟

لا، والاختلاف مهم عند كتابة المواصفات. تُعرّف السبيكة الفائقة بدرجة حرارة خدمتها، فوق حوالي 0.7 من درجة حرارة انصهارها المطلقة، ويمكن بناؤها على أساس حديدي، أو أساس كوبالت، أو أساس نيكل. تُعرّف السبيكة القائمة على النيكل بمصفوفتها: الطور المستمر هو النيكل. النيكل النقي تجاريًا، وسبائك النيكل والنحاس، ودرجات الدقة المغناطيسية اللينة، وسبائك ذاكرة الشكل كلها سبائك قائمة على النيكل، ولا أحد منها سبيكة فائقة.

لماذا يستخدم النيكل كقاعدة بدلاً من الحديد؟

لأن المصفوفة لا تغير شكلها البلوري. يظل النيكل مكعب الوجه المركزي من درجة حرارة الغرفة إلى نقطة انصهاره، دون تحول تآصلي بينهما، لذا يمكن إضافة كمية كبيرة من السبائك دون إعادة ترتيب البنية تحتها. الحديد يتحول، مما يضع سقفًا للكيمياء التي يمكن أن تحملها قاعدة الحديد قبل أن تصبح الخصائص غير مستقرة.

ما الفرق بين المصفوفة والترسيب؟

المصفوفة، مكتوبة γ، هي محلول صلب مكعب الوجه المركزي بتوزيع عشوائي للذرات، وهي الطور المستمر. الترسيب، مكتوب γ′، هو مركب بين معدني من الشكل Ni₃Al أو Ni₃(Al,Ti) مع شبكة مكعبة بدائية، حيث يجلس النيكل في مراكز الوجه والألمنيوم أو التيتانيوم في الزوايا. تصطف الشبكتان خلية بخلية، وهو ما يسمى بعلاقة مكعب-مكعب ويجعل الجزيء متماسكًا مع المصفوفة طالما أنه صغير.

لماذا يجعل الترسيب السبيكة قوية عند درجة الحرارة؟

ثلاثة تأثيرات تعزز بعضها البعض. الواجهة بين الطورين لها طاقة منخفضة لأن الشبكات تتطابق، لذا تقاوم الجزيئات التضخم وتبقى البنية مستقرة. الجزيء مرتب ذريًا، وهذا الترتيب يعيق حركة الخلع. ولأن التضخم مدفوع بتقليل الطاقة البينية، فإن الواجهة المتماسكة تبطئ العملية التي من شأنها أن تلين السبيكة بخلاف ذلك. تُظهر البيانات المنشورة أيضًا أن القوة تظل شبه ثابتة مع درجة الحرارة حتى حوالي 600 درجة مئوية قبل أن يبدأ التنشيط الحراري في السيطرة.

هل محتوى السبائك الأعلى أفضل دائمًا؟

لا. يتم الوصول إلى الحد عندما تبدأ السبيكة في تكوين أطوار لم تكن مقصودة، والأطوار المتراصة هندسيًا هي التي يجب الانتباه إليها. يوصف سيجما في الأدبيات المنشورة بأنه الأكثر ضررًا بينها. هذه الأطوار هشة في حد ذاتها، كما أنها تزيل الكروم والموليبدينوم والعناصر المماثلة من المصفوفة، لذا تفقد السبيكة التقوية التي كانت تحملها بالإضافة إلى اكتساب مكون هش. لا توجد قاعدة بسيطة للحد، والتي يجب قراءتها من مخطط طور للنظام أو قياسها.

أين تتناسب السبيكة الدقيقة؟

إنها سبيكة قائمة على النيكل تم اختيارها لاستجابة فيزيائية بدلاً من استجابة ميكانيكية. درجات المغناطيسية اللينة بحوالي 80٪ نيكل هي أوضح مثال: الخاصية التي يتم شراؤها هي نفاذية عالية مع إكراه منخفض، مما يجعل المادة مفيدة كقلب بدلاً من جزء هيكلي. هذا متطلب تصميم مختلف عن مقاومة الزحف، ويتم تحديد الفئتين بطرق مختلفة.

ملخص

السبيكة القائمة على النيكل هي تلك التي يشكل فيها النيكل الطور المستمر، وهي تلك المصفوفة، وليس التطبيق، التي تضع السبيكة في العائلة. يتم اختيار النيكل كقاعدة لأنه يظل مكعب الوجه المركزي من درجة حرارة الغرفة إلى الانصهار، مما يسمح للبنية بقبول المزيد من السبائك مما يمكن أن تتحمله قاعدة الحديد. تأتي القوة من العناصر المحتجزة في المحلول ومن ترسيب مرتب، γ′، الذي يصطف خلية بخلية مع المصفوفة وهو متماسك معها. تعمل إضافات حدود الحبوب والكربيدات عند الحدود. تتراوح نسبة الترسيب المفيدة من حوالي 0.2 حيث يجب لحام الجزء عند حوالي 750 درجة مئوية إلى أكثر من 0.6 في الشفرات التي تعمل بدرجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية.

يتم توريد المواد القائمة على النيكل من تشانغتشو، جيانغسو عبر الفئات المذكورة أعلاه: النيكل النقي ودرجات النيكل والنحاس، وعائلات النيكل والكروم والنيكل والكروم والحديد، ودرجات النيكل والموليبدينوم المقاومة للتآكل، وسبائك المقاومة والتدفئة، ودرجات الدقة، في شكل قضبان، أسلاك، شرائط، ألواح وأنابيب. المصنع حاصل على شهادة ISO 9001 ويتم تدقيقه من قبل SGS. أرسل الوسط الخدمي أو درجة حرارة الخدمة والشكل المطلوب، وتتبع الفئة من ذلك.

المراجع

1. مواد تعليمية منشورة حول السبائك الفائقة القائمة على النيكل، قسم علوم وهندسة المواد بجامعة كامبريدج. مصدر تعريف السبيكة الفائقة كخدمة فوق حوالي 0.7 من درجة حرارة الانصهار المطلقة، وبيان أن السبائك الفائقة يمكن أن تكون مبنية على أساس حديدي أو كوبالت أو نيكل مع كون النيكل الأنسب لعمل المحركات الهوائية، ووصف الشبكات للمصفوفة والترسيب، وعلاقة التوجه المكعب-المكعب والتماسك، وآلية إعاقة الخلع بواسطة الترتيب الذري، والطاقة البينية المنخفضة وتأثيرها على التضخم، ونسبة الألمنيوم إلى التيتانيوم وعدم تطابق الشبكة، ونسب الترسيب المنشورة 0.6 و 0.2، وحد 600 درجة مئوية لعدم حساسية درجة الحرارة، ودور كل عنصر سبائك.
2. نفس المصدر، حول الأطوار التي يجب تجنبها. يدعم القسم الخاص بالأطوار التي تتكون عن غير قصد: وصف سيجما ومو كأطوار متراصة هندسيًا؛ كون سيجما الأكثر ضررًا في المجموعة؛ شكل الصفائح والإبر وتأثيرها على الاستطالة وعمر تمزق الزحف؛ وبيان عدم وجود قاعدة بسيطة تحكم التركيزات الحرجة، لذا يجب قراءة الحد من مخطط طور أو قياسه.
3. نفس المصدر، حول إضافات حدود الحبوب والكربيدات. يدعم القسم الخاص بتثبيت حدود الحبوب: تجمع البورون والزركونيوم عند الحدود مع تحسن مرتبط بقوة الزحف والاستطالة؛ وترسيب العناصر التي تشكل الكربيدات عند الحدود وتقليل الانزلاق عليها.
4. وصف بلوري منشور للترسيب المرتب. مصدر الصيغة Ni₃Al، Ni₃Ti أو Ni₃(Al,Ti)، الترتيب المكعب البدائي مع النيكل في مراكز الوجه، ملاحظة أن الطور ليس متكافئًا تمامًا، وتوزيع النيوبيوم والتنتالوم فيه.
5. مراجعة معدنية منشورة للطور المرتب في السبائك الفائقة الغنية بالنيكل. مصدر لوصف الترسيب كمركب بين معدني مرتب متماسك من النوع A₃B وللترسيب الثاني القائم على النيوبيوم.
6. قاعدة النيكل وبنية مكعب الوجه المركزي كما نشرت للعنصر. مصدر للبيان بأن المصفوفة لا تغير شكلها البلوري بين درجة حرارة الغرفة ونقطة الانصهار.
7. بيانات المنتج المحفوظة لمنتجات سبائك النيكل وسبائك النيكل DLX Alloy. مصدر للفئات والأشكال والظروف المقدمة.

الأرقام والأوصاف الهيكلية المقتبسة هي قيم منشورة وليست حدود قبول. تعتمد نسب الترسيب وحدود السبائك على الكيمياء الفردية والمعالجة الحرارية وحجم المقطع، ولا تحل قاعدة عامة محل مخطط طور للنظام المعني. قبول مادة مسلّمة يعتمد على شهادة اختبار المطحنة للدفعة المقدمة.