sudarea nichelului simplificat

Nichelul si aliajele sale

Răspândire• Nichelul se află în scoarţa terestră în proporţie de 75·10–3

procente de greutate, iar în apa de mare în proporţie de 2·10–3 mg/l.

• Minereurile de nichel conţin în medie (1…5) % Ni, sub formă de sulfuri (exploatate în special în Canada şi Rusia), arsenuri, oxizi şi silicaţi. Rezerve importante de minereuri de nichel se găsesc în: Canada, Rusia, Noua Caledonie, Cuba, S.U.A., Africa de Sud, Australia, Indonezia, Filipineş.a.

• În ţara noastră există mineralizaţii nichelifere în complexul efuziv bazic din munţii Dobrogea, la Ciungani şi serpentine nichelifere în Banat şi munţii Sebeş.

• Aliaje de fier si nichel se găsesc in meteoriţi in procente de 5 pana la 15%.

Minerale• Mineralele de nichel cu importanţă practică sunt, în

ordine:• pentlanditul: (FeNi)9S8, cu (20…40)% Ni;• milleritul: NiS, cu 66% Ni;• nichelina: NiAs, cu 43,9% Ni;• gersdorfitul: NiAsS, cu 35,4% Ni;• cloantitul: NiAs3, cu (14,5…21,2)% Ni;• garnieritul: 3(NiMg)O(AlFe)2·O3·SiO2·H2O, cu

(4…30)% Ni;• minereuri sulfuroase, în care Ni este însoţit de Cu

(calcopirită), Co (0,2%) şi alte metale (Pt, Os, Pd, Au ş.a.).

Nichelina Golden-BronzeBaita, Bihor, Romania

Nichelina rosie,Hessen, Germania

Nichelina cu arsenopirita,Cehia

Minereuri

Obţinere

Nichelul se obţine în urma aplicării unui proces complex de extracţie, cu multe stadii de procesare, după cum urmează:

• Prepararea minereului, în urma căruia conţinutul de Ni creşte la (2…14)%;• Prelucrarea metalurgică, constând în: aglomerare, topire reducătoare, în

urma căreia se obţine mată săracă (amestec de sulfuri) (~27% Ni), convertizare cu oxigen din aer sub presiune pentru deferare (eliminarea fierului), în urma căreia se obţine mată bogată Cu-Ni (~78% Ni), numită feinstein.

• Separarea Ni de Cu, prin diferite procedee (flotaţie, cu Na2S, cu CO, cu H2SO4), după care, prin topire reducătoare, se obţine Ni brut;

• Rafinarea nichelului astfel obţinut, prin diferite metode:– termică puritate (99,8…99,9)%;– electrochimică puritate (99,94…99,998)%;– cu carbonil puritate 99,98%;– cu clorură purificată cu schimbători de ioni puritate 99,999% sau prin topire

zonală.

Complex industrial de prelucrare Ni

Vale SA Goro Nickel Laterite Project in New Caledonia

Fabrica de procesare Ni

Fabrica de procesare a nichelului din Nickeleviy Zavod, Rusia.

CARACTERISTICI FIZICE ALE CRISTALULUI

Culoare - rosu spre roz. • Luciu - metalic. • Transparenta - opac. • Sistem cristalin: Hexagonal; 6/m 2/m 2/m • Duritate: 5 – 5,5 • Greutate specifica: aprox. 7.8 • Alte caracteristici: la încălzire degaja un miros cu iz de usturoi

datorita conţinutului de arseniu, cristalele având striaţii. • Minerale Asociate: arsenopyrite, barite, silver, annabergite,

cobaltite, pyrrhotite, pentlandite, chalcopyrite, breithauptite si maucherite.

• Rezerve: Natsume Nickel mine, Japonia, Mansfeld si Eisleben, Germania; Franklin, New Jersey; California si Colorado, USA; Styria, Austria; Sinaloa, Mexic; Talmessi, Anarak, Iran si GreatSlave Lake, Northwest Territories, Canada; Cobalt si Sudbury, Ontario, Canada, in U.K., Franta, Moroc, Rusia si Australia de Sud.

• Indicatori principali: culoare, densitate, duritate si miros la încălzire.

Caracteristici generale• Ni este un metal argintiu, dur, ductil, feromagnetic, care seamănă cu

fierul in ceea ce priveste caracteristicile de rezistenta si tenacitate.• Se găseşte in grupa a VIII-a a Tabelului periodic si este un element

de tranzitie. Nichelul se găseşte in proporţie de 0.008 % in scoarţa terestra. In nucleul Terrei se găseşte alături de fier si este pe locul al cincilea intre elementele primordiale după fier, oxigen, siliciu si magnesiu.

• Aproape jumătate din rezerva mondială de minereu se extrage sub forma de pyrrhotite si pentlandite (nickel-iron sulfide) in: Sudbury, Ontario; garnierite, in Noua Caledonie, unde se gaseste un zăcământ foarte important.

• Din punct de vedere chimic, Nichelul se aseamănă cu fierul si cobaltul, fiind moderat reactiv, si formând compuşi in starea de oxidare +2. Nichelul se dizolva in acizi concentraţi si formează săruri.

• Este utilizat in procese de aliere, pentru obţinerea depunerilor rezistente la coroziune, in monetărie, la confecţionarea de baterii sau acoperiri electrochimice.

• Cel mai comun izotop este 58Ni (67.8%).

Caracteristici atomice• Reţeaua cristalină a nichelului este de tip c.f.c, cu

parametrul a = 0,35236nm, energia de coeziune 4,435 eV/atom şi numărul de coordinaţie 12. Nu prezintă stări alotropice, în natură existând cinci izotopi stabili, în următoarele proporţii, în funcţie da valoarea masei atomice, ma:

• ma = 58 (68%), ma = 60 (26%), ceilalţi trei fiind sub 3,5% fiecare

• număr atomic: 28• masa atomica relativa: 58,71• densitatea relativa: 8,902• Punctul de topire: 1555°C (2851°F)• Punctul de fierbere: 2837°C (5139°F)

Reteaua cristalina

Cubic cu volumcentrat

(c.v.c)

Fe, V, Nb, Cr

Cubic cu fete centrate

(c.f.c)

Al, Ni, Ag, Cu, Au

Hexagonal

(H)

Ti, Zn, Mg, Cd

Microstructura

Aliaj de nichel: Rene N5.

Microstructura

Superaliaj IN 718 dupa mentinere 24 ore la 850°C

Microstructura

Nichel tras in bare. Microstructura poliedrica cu graunti maclati.

Microstructura

Nichel trefilat, fine precipitări in matricea metalica cu grăunţi maclaţi, Atac: 50ml HNO3, 50 ml acid acetic, 200x.

PROPRIETĂŢI FIZICE

• Densitatea la 20oC a Ni 99,99% este: = 8,907103 Kg/m3, iar a Ni lichid (la temperatura de topire t) este: = 7,7103Kg/m3.

• Această proprietate depinde de puritatea nichelului, astfel: – Ni 98,5 % are = 8,7103Kg/m3 ;– Ni 88,5 % are = 8,84103Kg/m3.

Caracteristici electrice şi magnetice• Rezistivitatea electrică a Ni de înaltă puritate (99,9995%) este: =

0,06815m, iar conductivitatea la temperatura ambiantă 20C = 14,67MS/m.

• La temperatura de 4,6 K, = 1,510 –4 m. • Rezistivitatea creşte în timp ce conductivitatea scade cu gradul de

puritate la diferite temperaturi.• Rezistivitatea electrică a unui material este importantă mai ales la

sudarea prin topire cu arc electric, deoarece cantitatea de metal topit depinde direct proporţional de această caracteristică.

• Uzual, aliajele sunt soluţii solide iar caracteristicile de conductivitate sunt afectate datorită diferenţelor dintre razele atomice ale atomilor dizolvaţi comparativ cu cele ale atomilor solvenţi, ceea ce determină distorsionarea reţelei cristaline şi împiedicarea deplasării rapide a electronilor.

• Dintre aliajele de nichel, cele din clasa 200 prezintă cele mai scăzute valori ale rezistivităţii electrice.

Caracteristici termice şi termodinamice• Rezistenţa la fisurare a unui material este deseori asociată cu diferenţa între

temperaturile solidus şi lichidus, domeniu în care se manifestă apariţia tensiunilor de solidificare. La sudarea unei structuri puternic tensionate se adaugă tensiunile generate de ciclul termic, datorită condiţiilor particulare de încălzire şi răcire.

• Dacă materialul care se sudează prezintă un interval de solidificare extins, timpul de rezidenţă sub acţiunea tensiunilor este mare, fiind create condiţii pentru fisurarea la cald. Din contră, un material cu domeniu de solidificare restrâns permite parcurgerea acestuia foarte rapid la răcire, pericolul de fisurare fiind mai mic.

11311151371 - 13998,1825

9912161357 - 13857,9800

11512141343 - 13778,2690

11911151301 - 13688,1601

10315141354 - 14138,4600

5122161299 - 13498,8400

879141435 - 15028,9201

975141435 - 15028,9200

Rezistivitate electrică,10-8 /m

Conductivitatetermică, W/mK

Coeficient deexpansiune

termică,10-6/

Interval detopire, oC

Densitate, g/cm3

Tip aliaj

Caracteristici termice şi termodinamice

• În vacuum de 133 Pa (1mmHg), Ni fierbe la f = 1907 oC.

72136070,8305,627301453

Căldura latentă de solidificare QS

[KJ/Kg]

Căldura latentă de vaporizare

QV [KJ/Kg]

Căldura latentă de

topireQt [KJ/Kg]

Temperatura de fierbere r

[oC]

Temperatura de topire

t [oC]

Caracteristici termice şi termodinamice• Conductivitatea termică joacă un rol important în

procesele de prelucrare, în special la sudare, deoarece influenţează fluxul de căldură evacuat în unitatea de timp şi cantitatea de căldură necesară pentru topirea materialului.

• Un material de bază cu o ridicată conductivitate termică realizează disiparea rapidă a căldurii din zona îmbinării şi necesită valori mai ridicate ale energiei liniare la sudare, în timp ce un material cu conductivitate scăzută favorizează menţinerea mai îndelungată a căldurii.

• La aliajele de nichel există mari variaţii ale conductivităţiitermice. Aliajele Ni - Cr şi Ni – Cr – Fe prezintă valori maiscăzute ale conductivităţii comparativ cu oţelurile carbon sau inoxidabile.

Caracteristici termice şi termodinamice

• Coeficientul de dilatare liniară cu temperatura (l) creşte cu puritatea Ni.

• Cu cât metalul este mai pur, cu atât prezintă variaţii mai mari la atingerea temperaturii Curie (368C).

17,817,615,026,016,613,5I104 [K –1]

873673663643573273T [K]

Caracteristici optice şi acustice• Nichelul este un metal de culoare cenuşie –

argintie, în stare compactă şi respectiv cenuşie, în stare de pulbere. Factorul de reflexie (r) variază în funcţie de lungimea de undă a radiaţiei ().

Ni-Fe cu microstructura Widmanstatten(asteroid)

Proprietăţi chimice

• Nichelul prezintă o activitate chimică asemănătoare metalelor preţioase, având o reactivitate scăzută comparativ cu alte metale.

• În aer uscat sau umed, la temperatura obişnuită, nichelul nu este atacat chimic deoarece se acoperă cu o peliculă foarte subţire, compactă şi rezistentă de oxid (NiO).

• Este complet stabil în apa dulce sau de mare, deşi la prezenţa în apă a CO2 şi a ionilor de clor (Cl-) poate apare coroziunea punctiformă.

• Cu azotul nu reacţionează, chiar pâna la temperatura de 1400C, solubilitatea acestuia în Ni lichid fiind foarte mică (0,06%).

• Cu oxigenul reacţionează la peste 500C, când se acoperă cu o peliculă de NiO de culoare verzuie, cu temperatura de topire, t = 1090C. În continuare, oxidarea se produce încet, nichelul fiind rezistent faţă de oxidarea la temperaturi înalte.

• Principalele elemente chimice care măresc rezistenţa Ni la oxidare sunt: Si, Cr şi Al, iar cele care scad rezistenţa Ni la oxidare: S, Mn.

Proprietăţi chimiceHidrogenul este absorbit în proporţie mare, mai ales în nichelul topit.

La temperaturi moderate, în atmosferă de hidrogen există pericolul de apariţie a aşa-numitei “boli de hidrogen”, datorită reacţiei dintre hidrogenului difuzat la limita grăunţilor cu NiO şi a instabilităţii hidrurii NiH2 (formată, eventual, din reacţia: 2H2 + NiH2 +H2O).

Cu carbonul, Ni nu formează carburi stabile la temperatura obişnuită. Carbura Ni3C se formează la T = 1600C, fiind instabilă la temperatura ambiantă, când se disociază uşor, prin separarea carbonului sub formă de grafit.

La o proporţie de 2,22%C se formează un eutectic (Ni) + grafit, cu temperatura de topire t = 1318C.

Sulful este, practic, insolubil în Ni solid, dar reacţionează cu acesta în stare topită formând compusul Ni3S2. La încălzire, Ni şi S formează eutectici uşor fuzibili care determină apariţia fenomenului de fragilitate la cald. Evitarea apariţiei acestui fenomen se poate realiza prin introducerea de Mg, Mn sau Li in aliajul de nichel, deoarece aceştia leagă S în compuşi care nu produc fragilitate.

Proprietăţi chimice• Nichelul este stabil în soluţiile alcaline şi în vapori de amoniac uscat.

Soluţiile amoniacale, în combinaţie cu carbonatul de amoniu dizolvă nichelul, formând amoniacaţi.

• Nichelul este slab atacat de acizi: acetic, stearic, oleic, sau de sucul de fructe, atât la temperaturi obişnuite cât şi la temperaturi ridicate. Sărurile de nichel se descompun, în majoritate, la calcinare peste 500C. Gradul de oxidare cel mai frecvent este 2, însă sunt posibile şi gradele:1,3 şi 4.

• În ceea ce priveşte rezistenţa la coroziune, în afară de stabilitatea excelentă în medii alcaline concentrate la cald, nichelul pur nu are, în forma comercială, o rezistenţă deosebită la acţiunea altor medii corozive.

• De fapt, nichelul nu se pasivează în mediile oxidante şi adăugarea de crom este absolut necesară pentru obţinerea unei inoxidabilităţi indispensabile vizând rezistenţa la coroziune în multiple medii.

• Adăugarea de molibden conferă aliajelor de nichel mai multă rezistenţă în medii acid – reducătoare şi ameliorează considerabil rezistenţa la coroziune în general.

• Aliajele cu puţin carbon prezintă o bună rezistenţă la coroziune în medii clorurate, de sodă sau potasă caustică, acizi organici sau minerali, dacă procentul de nichel este peste 30%.

Proprietăţi mecanice• Structura cristalografică a nichelului îi conferă

excelente caracteristici de ductilitate şi maleabilitate, la diferite temperaturi, cu excepţia unor intervalle critice, la temperaturi foarte înalte, unde se manifestă lipsa de plasticitate.

• Unele aliaje prezintă totuşi slabe caracteristici de ductilitate în stare durificată.

• Caracteristicile mecanice ale nichelului variază în limite largi, în funcţie de puritate şi mod de prelucrare, astfel:– Rm = (359 … 760) MPa;– Rp0,2 = (100 … 720) MPa;– A5 = (2 … 45) %;– Z = (55 … 95) %;– HB = (96000 … 1600) MPa.La scăderea temperaturii sub 0C, rezistenţa la rupere Rm şi

HB cresc, Rp0,2 creşte mai puţin vizibil, iar A5 şi Z rămân la valori ridicate.

Proprietăţi mecanice

• Alte caracteristici mecanice ale nichelului sunt:– Modulul de elasticitate, E = (197 … 220) GPa;– Modulul de forfecare, G = (73 ... 80) GPa;– Coeficientul Poisson, = 0,34;– Rezilienţa (99,4% Ni) la 298K, KCU = 3200…3600

KJ/m2 ;– Coeficientul de compresibilitate, k = 615 10-3 Pa-1.– Rezistenţa la oboseală la 107 cicluri este influenţată

de starea de prelucrare. La 20oC, R-1 = 270 MPapentru nichelul recopt.

Proprietăţi tehnologice

Proprietăţile tehnologice ale nichelului depind în mare măsură de prezenţa impurităţilor, sub formă de gaze, sau a incluziunilor nemetalice. Nichelul cu conţinut de 10 – 2% plumb, bismut sau antimoniu se rupe fragil la temperatura de deformare plastică la cald, deoarece la această temperatură eutecticele formate se menţin în stare lichidă.

În combustibilii lichizi folosiţi la cuptoarele de încălzire nu trebuie să existe mai mult de 0,4% sulf, întrucât acesta poate atinge concentraţii periculoase în produsele de ardere, ceea ce favorizează difuzia sulfului în metal.

O altă impuritate periculoasă este hidrogenul deoarece, absorbit în proporţii mai mari decât cele admisibile, poate determina apariţia de fisuri pe limitele de grăunţi. O măsură de preîntâmpinare a absorbţiei hidrogenului este topirea cu fascicul de electroni, care permite absorbţia a doar 10 –4 % hidrogen, de trei ori mai puţin decât în cazul elaborării în cuptoare electrice cu arc sau cu inducţie.

Proprietăţi tehnologice

• Cele mai importante caracteristici tehnologice ale nichelului sunt:– temperatura de turnare, Tt = 1550–1650 oC,– temperatura de prelucrare la cald, Tpc = 1140–1250 oC,– temperatura de recoacere, Tr = 700–800 oC,– temperatura de recristalizare, Trec = 300 oC,– contracţia la turnare, 1%.

• Nichelul de înaltă puritate are plasticitate ridicată, se prelucrează bine la rece şi la cald, prin laminare, forjare, extrudare, tragere, astfel încât, fără recoacere, se obţin table cu grosime de 20m şi sârme cu diametrul de 10m.

• Influenţă net defavorabilă asupra plasticităţii au impurităţile, care formează eutectici cu temperatură joasă de topire (sub 7000C) care se plasează la limita grăunţilor (S, As, Pb, Bi, Sb). Dintre acestea, cel mai periculos este sulful, chiar în concentraţie de 3-10 %.

Comportarea la sudareZona de influenţă termică reprezintă sediul celor mai importante transformări şi reacţii, care determină valorile caracteristicilor de rezistenţă globală ale îmbinării sudate. Principalele fenomene care se produc la sudarea nichelului şi a aliajelor sale sunt prezentate în cele ce urmează.

• Precipitarea pe limitele de grăunte– Limitele de grăunte reprezintă cele mai slabe zone ale agregatului

policristalin în cazul exploatării la temperaturi ridicate sau în timpul operaţiilor de prelucrare la cald.

– Precipitatele care se formează pe limitele de grăunte pot avea dimensiuni şi compoziţii chimice diferite comparativ cu cele prezente în corpul grăuntelui, ceea ce poate avea influenţe pozitive sau negative asupra caracteristicilor îmbinării.

– Compuşii intermetalici, cum sunt carburile, acţionează ca o barieră pentru deplasarea limitelor de grăunte, ceea ce poate avea efectul benefic al inhibării creşterii granulaţiei.

– Unele carburi intergranulare pot determina, în aliajele 600 şi 690, deteriorarea rezistenţei la coroziunea tenso - fisurantă în timpul expunerii în apă de înaltă puritate în reactorul centralelor nucleare.

Comportarea la sudare• Creşterea granulaţiei

– În general, la aliajele cu granulaţie fină pericolul de apariţie a defectelor este scăzut, datorită repartizării relativ uniforme a elementelor de aliere şi lipsei unei concentraţii critice a elementelor care favorizează fisurarea.

– Acest lucru nu se realizează însă în cazul granulaţiei grosolane. Din păcate, la sudare este dificil de obţinut o granulaţie fină in aliajele de nichel.

– Creşterea granulaţiei este predominantă în ZIT, lăţimea benzilor cu granulaţie mare depinzând de numeroase variabile precum: • procedeul de sudare aplicat, • valoarea energiei liniare la sudare,• viteza de sudare,• caracteristicile de transfer termic ale materialului de bază.

Microstructura zonei sudate – Inconel 600Reactiv de atac chimic:HNO3 – 100 cm3HCl – 500 cm3FeCl2 – 25 grCu2Cl2 – 25 gr

H2O – 1 l

Cresterea granulatiei la sudare

Aspectul microstructural al unei imbinari intre aliaj NC20Nb si NC20T (a), 50x;

b) aliaj NC20Nb, 200x, Laborator LAMET (UPB).

a b

Comportarea la sudareFisurarea la caldApariţia fisurilor în timpul procesului de solidificare a fost identificata în special pentru aliajele Ni-Cr şi Ni-Cr-Fe. Astfel de fisuri au fost depistate în aliajele 600, în cazul aplicării unor regimuri de sudare cu valori ridicate ale energiei liniare (2,4 MJ/m). Aceste fisuri sunt plasate pe limitele de grăunţi, perpendicular pe direcţia de sudare, cu localizare preponderenta în ZIT.

Fisură apărută în ZIT la componente din aliaj Ni-Cr, cu grosimea de 44,4 mm, sudate cu procedeul MAG.

Comportarea la sudare• Unul dintre mecanismele responsabile de apariţia fisurilor

la cald este formarea filmelor lichide pe limitele de grăunte. Aceste filme apar în cazul în care există faze sau precipitate a căror temperatură de topire este inferioară temperaturii globale de topire a aliajului.

• Filmele lichide nu prezintă rezistenţă la solicitările de întindere şi favorizează apariţia dezlipirilor pe limitele de grăunte şi formarea fisurilor intergranulare.

• Lichefierea constituenţilor a fost un alt model propus de Savage în 1959 pentru explicarea apariţiei fisurilor la cald. Conform acestei teorii, unele faze secundare instabileîncep să se dizolve în timpul încălzirii rapide, formând, în matricea de bază, faze intermediare a căror temperatură de solidificare este mai mică decât cea a altor faze sau a aliajului.

• În aliajele din clasa 600 s-au identificat precipitări de faze secundare de tip Cr7C3 pe limitele de grăunte, care au început să se topească înainte ca aliajul să se lichefieze.

Fisurarea la cald

Fisurarea unui aliaj Inconel 750 apăruta la 20 de ore după sudare datorita efectuării tratamentului termic de îmbătrânire la 700oC.

Fisurarea prin oboseala termica

Fisurare prin oboseala termica la o sudura cu pătrundere incompleta.

Comportarea la sudare

• Segregarea chimică pe limitele de grăunte poate să provoace fisurarea la cald. Elemente ca borul şi sulful formează eutectice uşor fuzibile care contribuie la fisurarea ZIT-ului în suduri.

• Segregarea manganului în aliajele 600 determina formarea unui compus Mn – 38Ni, cu temperatură de topire la 1000oC, care este considerabil mai mică decât domeniul de topire al aliajului.

• În vederea evitării acestor probleme, la sudarea aliajelor de nichel este necesar controlul riguros al următorilor parametrii: – energia liniară, – microstructura cusăturii şi a ZIT-ului pentru păstrarea unei granulaţii cât mai

fine, – nivelul de segregare al elementelor care pot contribui la fisurare (borul, sulful,

fosforul, zirconiul, bismutul, seleniul, telurul, stibiul, staniul, plumbul, argintul şi aurul).

• Borul şi zirconiul sunt introduse deliberat în aliajele de nichel pentru îmbunătăţirea prelucrabilităţii la temperaturi înalte, dar pot cauza fisurarea la sudare.

Comportarea la sudare

Sensibilitatea la apariţia porozităţii• În privinţa sensibilităţii la formarea porilor, aliajele de

nichel pot fi împărţite în două grupe, în funcţie de prezenţa sau nu a cromului.

• Cromul prezintă afinitate naturală faţă de gazele care se formează la sudare, în special faţă de oxigen, azot sau hidrogen. În aliajele Ni – Cu fără Cr sudate autogen apar frecvent pori, ceea ce face necesară protecţia deosebită a băii de metal şi a cusăturii după sudare.

• În acest caz se recomandă utilizarea unor arzătoare uscate, a unor materiale de adaos aliate cu elemente absorbante faţă de gaze, cum sunt titanul şi aluminiul, sudarea în condiţii de maximă curăţenie şi prevederea unor gaze de protecţie inerte chimic faţă de cusătură.

• În aliajele cu crom, pericolul apariţiei porilor este diminuat de faptul că gazele au tendinţa de dizolvare în crom, distribuţia fiind astfel mai uniformă.

Efectul elementelor de aliere sau însoţitoare

• Adăugarea de crom în aliajele de importanţă comercială nu depăşeşte concentraţia corespunzătoare solubilităţii maxime, prezentând interes în special în domeniul de solidificare. Cromul are capacitatea de formare a oxizilor şi nitraţilor stabili, ceea ce permite reducerea porozităţii sudurilor comparativ cu aliajele de nichel care conţin doar cupru.

• Aliajele cu crom sunt însă mai susceptibile decât alte aliaje ale nichelului la fisurarea la cald, în special în prezenţa siliciului. De exemplu, susceptibilitatea la fisurarea la cald aunui aliaj cu 15% Cr creşte rapid în prezenţa a până la 1% Si, în timp ce peste acest procent efectul este aproape neglijabil în aliajele Ni – Cu.


• Cuprul formează cu nichelul o serie completă de soluţii solide şi influenţează puţin sudabilitatea aliajelor. De aceea, din punct de vedere metalurgic, se consideră că aliajele binare Ni – Cu cu 15 până la 40% Cu au o comportare la sudare similară cu cea a nichelului pur.

• Astfel de aliaje prezintă aceeaşi susceptibilitate la fragilizare în prezenţa sulfului ca şi nichelul pur, introducerea unor elemente pentru limitarea apariţiei porozităţii fiind mai puţin efectivă.

• Prin creşterea conţinutului de cupru, în aliaje ca 10Cu –30Ni sau 80Cu – 20Ni, aliajul se comportă similar cu aliajele de cupru şi cantităţile de dezoxidanţi care pot fi introduse sunt mai mici. Prezenţa cuprului modifică temperatura ridicată de solubilizare a carbonului la valori la care grafitizarea nu se mai întâlneşte.


• Fierul este de regulă prezent în aliajele Ni – Cr în cantităţi ce depăşesc 8%, de exemplu în cele din clasa 600.

• Acesta este adăugat sub formă de feroaliaj pentru îmbunătăţirea caracteristicilor mecanice sau a sudabilităţii, dar mai ales pentru reducerea costului. În afară de aceasta, peste 8% se pare că fierul nu produce o modificare semnificativă a comportării la sudare.

• Pe măsură ce conţinutul de fier creşte, cum este cazul aliajului Ni – Cr din clasa 800 care are 46% Fe, se manifestă o sensibilitate mai mare la fisurarea la cald.

• La sudarea unor îmbinări eterogene, realizate între componente din aliaje de Ni - Cr – Fe cu oţel, pericolul fisurării apare datorită conţinuturilor mai mari de sulf din oţel.


• Carbonul este în general prezent în nichel şi aliaje de nichel în cantităţi cuprinse între 0,01 şi 0,20%. Efectul carbonului este semnificativ în nichelul comercial de mare puritate. Limita de solubilitate a carbonului în nichel în domeniul de temperaturi 371 – 649 oC variază între 0,02 la 0,03%.

• La sudare, carbonul grafitizat prezent în ZIT se dizolvă şi rămâne în soluţia solidă suprasaturată care se răceşte rapid. Încălzirea şi menţinerea ulterioară în domeniul de solubilitate cauzează precipitarea acestuia sub formă intergranulară.

• Pentru legarea carbonului se utilizează titanul, care formează cu acesta carburi şi previne formarea grafitului.

• În aliajele Ni – Cu, solubilitatea carbonului este afectată de prezenţa cuprului, astfel încât fragilizarea nu apare la 0,15 -0,20%C. Conţinutul de carbon în aceste aliaje influenţează tendinţa de fisurare la cald în prezenţa fierului.

• De exemplu, aliajele Ni – Cu care conţin peste 0,20%C pot dizolva maxim 5%Fe în timp ce aliajele cu doar 0,10%C, pot dizolva 30%Fe.


• Prezenţa manganului a fost considerată de mai mică importanţă în cazul sudării, într-o primă etapă.

• Ulterior s-a stabilit că atât în aliajele Ni – Cr cât şi în cele Ni – Cu, efectul manganului este beneficpentru micşorarea tendinţei de fisurare şi prevenirea fisurării la cald în sudurile cu secţiune mare, ca şi în cazurile în care apare o dizolvare excesivă a fierului în baia metalică.

• Ca urmare, în electrozii înveliţi utilizaţi la sudarea aliajelor de nichel, conţinutul de mangan poate depăşi valoarea de 9%.


• În materialele de mare rezistenţă, magneziul formează sulfuri stabile cu temperatură înaltă de topire, dispuse preferenţial în vecinătatea eutecticului cu o temperatură scăzută de topire, Ni – Ni3S.

• La sudare, magneziul serveşte la prevenirea fisurării la cald în ZIT.


• Siliciul poate fi prezent în aliajele cu bază nichel în cantităţi ce variază în limitele 0,01 la 4%. Cu toate acestea, prezenţa siliciului este considerată dăunătoare în procesul de sudare, deoarece măreşte tendinţa de fisurare la cald. De aceea, aliajele de mare rezistenţă conţin mai puţin de 1%Si.

• Comportarea dăunătoare a siliciului este datorată faptului că topirea unui eutectic uşor fuzibil este mai dăunătoare în cusătură faţă de materialul de bază. Din acest punct de vedere, rezistenţa cea mai mare o prezintă nichelul pur, urmat de aliajele Ni –Cu, în timp ce aliajele Ni – Cr sunt mai puţin rezistente la fisurare în prezenţa siliciului.


• Elemente precum titanul şi aluminiul pot fi adăugate în cusătură sau în materialul de bază pentru obţinerea consolidării prin îmbătrânire.

• În cantităţi reduse, adăugarea de Ti în aliajele de nichel fără crom ajută la controlarea porozităţii la sudare. Aluminiul este adăugat în aliajele forjate pentru dezoxidare.

• Prezenţa aluminiului şi a titanului în cantităţi mari determină însă creşterea tendinţei de fisurare a aliajelor de nichel.

Nichel oxidat la sudare


• Prezenţa borului în cantităţi cuprinse între 0,003 şi 0,10% îmbunătăţeşte proprietăţile mecanice de rezistenţă la temperaturi înalte în cazul aliajelor de nichel forjate sau turnate.

• Astfel de aliaje sunt exploatate la temperaturi înalte, unde rezistenţa limitelor de grăunte este influenţată de prezenţa borului. Din păcate, conţinuturi peste 0,01% afectează negativ sudabilitatea aliajului.

• La niveluri ridicate de bor, cusătura şi ZIT-ul sunt extrem de sensibile la fisurarea la cald, fiind necesare precauţii deosebite în stabilirea modului de sudare şi prescriere a energiei liniare, astfel încât tensiunile reziduale să fie minime.

• Zirconiul acţionează similar cu borul în aliajele de nichel prin promovarea fisurării la cald în cusătură şi în ZIT. Cu toate acestea, limitele de tolerare ale acestuia sunt ceva mai puţin severe decât în cazul borului.


• Sulful este poate cel mai dăunător element care se poate întâlni în aliajele de nichel, datorită solubilităţii extrem de scăzute pe care acesta o prezintă în nichel şi aliajele sale şi formării unui eutectic uşor fuzibil Ni – Ni3S cu temperatura de topire la 649oC.

• Efectele dăunătoare ale sulfului afectează atât caracteristicileZIT-ului cât şi cele ale cusăturii. Acestea se manifestă în timpul menţinerii deasupra temperaturii de sensibilizare, în prezenţa mediului bogat în sulf.

• Domeniul de prag pentru sensibilizarea la acţiunea sulfului variază între 316 oC, pentru nichelul pur până la 649 oC, pentru aliaje Ni – Cr. Pentru diminuarea efectelor nocive ale nichelului se introduc elemente de aliere precum magneziul şi manganul.

• La manevrarea componentelor din aliaje de nichel trebuie luate măsuri corespunzătoare pentru evitarea contaminării cu sulf provenind din creioanele de marcare, vopsea, lubrifianţi, grăsimi etc.

Efecte datorate sulfului si fosforului

Fisurare generata de prezenta in exces a plumbului in cusătura la un

aliaj Monel 400

Fragilizare datorata sulfului intr-un aliaj Nichel 200 sudat


• Plumbul generează probleme similare cu cele produse de sulf în aliajele de nichel. În practică, contaminarea cu plumb este mai puţin întâlnită, datorită surselor mai rare care pot aduce în îmbinare acest element.

• Fosforul poate prezenta un efect similar cu cel al sulfului în aliajele sudate cu mult nichel. Solubilitatea fosforului în nichel este foarte limitată şi determină apariţia unei reacţii eutectice la 871 oC. Unele fisurări importante au fost puse pe seama prezenţei fosforului în cusăturile sudate, chiar la valori de numai câteva sutimi de procent.

Coroziune tenso-fisuranta in aliajul C-276 (N10276) la o proba indoita in U imersata in solutie de 20% HF la 93°C timp de 240 h. X100.

Coroziunea tenso-fisurantă


Aliaj N06022 la care a aparut coroziune in urma imersiei in solutie de HF la 86°C, in camp electric +400 mV.


Aspectul coroziunii cu atacul limitelor de grăunte in aliaj Inconel 600.


Cresterea granulatiei in ZIT si efect de coroziuneintercristalina.


Coroziune intercristalina si precipitari pe limitele de graunte.

Distributia fisurilor in suprafata de rupere

Teste pentru estimarea rezistentei la coroziune conform ASTM G48

2115<0Otel inoxidabil 316

26305INCOLOY 825

313020Otel Duplex 2205

3665 – 7030 - 35INCOLOY 25-6Mo

41≥8530 – 35INCONEL 625

41>8535INCONEL 725

45>8545INCONEL C-276

51>85>85INCONEL 86

Indice PRENpentru estimarearezistentei la coroziune

Temperaturacritica decoroziune pitting,

oC

Temperaturacritica de fisurarein crevasa, oC

Aliaj

Procedee de sudare• Sudarea cu electrozi înveliţi a nichelului se face asemănător cu sudarea

oţelurilor, cu diferenţa că unghiul de deschidere a rostului trebuie să fie mai mare, având în vedere vâscozitatea mai ridicată a băii topite.

• De regula se preferă poziţia de sudare orizontală si se sudează în curent continuu, polaritate inversă, utilizând un material de adaos apropiat de cel de bază.

• Pendularea electrodului este redusa deoarece poate cauza arderea elementelor dezoxidante, arcul electric trebuind sa fie menţinut cât mai scurt, cu deplasarea electrodului situat in plan vertical, cu o înclinare de max. 20 în sens invers direcţiei de sudare.

• Pentru a evita apariţia porozităţii, amorsarea arcului se va face fie pe o piesă separată, amplasată deasupra pieselor ce se sudează, sau în rost, dar pe o zonă care ulterior va fi retopită.

• Datorită rezistivităţii electrice ridicate, diametrul maxim al electrodului se recomanda a fi de 4-5 mm iar lungimea electrozilor este limitată la 300 de mm.

• Atunci când se îmbina aliaje de nichel cu oteluri este necesara depunerea unui strat tampon strat pe suprafaţa din otel, pentru evitarea contaminării cu sulf a cusăturii. Depuneri cu materiale de adaos din aliaje de nichel pot fi realizate si pe piese turnate din fontă, cu scopul recondiţionării, caz in care se recomanda utilizarea unor fluxuri decapante (Ni-ROD 99X sau NI-ROD 55).

• Când nu se prevede un strat tampon la încărcarea componentelor din fonta cu electrozi înveliţi trebuie sa se aleagă valori cat mai mici ale curentului de sudare pentru asigurarea unei diluţii minime.

Imagine termica la sudarea unui aliaj de Ni

Procedee de sudare• Sudarea WIG se poate aplica atât pentru îmbinarea tablelor subţiri (sub

6mm), cât şi pentru realizarea rădăcinii, în cazul sudării unor table mai groase. Sudarea se efectuează, de regulă, în curent continuu, cu polaritatedirectă, mai rar în curent alternativ.

• Amorsarea arcului se face cu sisteme de înaltă frecvenţă, utilizând electrozi de Wolfram aliaţi cu thoriu sau zirconiu.

• Ca gaz de protecţie se foloseşte argon cu puritate de 99,95%, care trebuie să fie uscat, iar debitul de Ar recomandat este cuprins in domeniul (15-40) l/min.

• Sudarea trebuie sa se efectueze în hale sau spatii protejate de curenţii de aer, eventual prin instalarea unui cort în zona de sudare.

• Spre deosebire de oţeluri, la sudarea WIG a Ni şi a aliajelor sale se utilizează, de obicei, materiale de adaos conţinând elemente care reacţionează cu gazele. În caz contrar, există pericolul de apariţie a porilor sau a peliculelor de oxid

Pelicule de oxid prezente pe suprafaţa cusăturii in cazul unor componente sudate cu procedeul WIG si material de adaos din aliaj Inconel.

Procedee de sudare

• Sudarea MIG se aplică pentru îmbinarea tablelor cu grosime de peste 6mm.

• Se lucrează în curent continuu, cu polaritate inversă, utilizând sârme cu o compoziţie apropiată de cea a materialului de bază.

• Debitul de argon având puritate de 99,8% se recomanda a fi de minim 20 l/min.

• Sudarea se poate face prin pulverizare (transfer spray-arc, cu lungimea arcului de 6 -7mm) sau prin scurt circuit

Recomandări la sudarea MIG

250-30027-333,17 - 31,57

225-30026-326,35 – 7,871,14

175-24026-3211,43 – 13,200,889

Argon sau Ar25%-He175-24026-3213,97 – 17,780,76INCOLOY 65INCONEL 82

250-33027-334,44 – 5,581,57

225-30026-326,35 - 7,871,14

Argon sau Ar25%-He175-24026-3210,79 – 13,20,889INCONEL 62

275-35027-334,44 – 5,581,57

250-32526-326,98 – 8,121,14

Argon200-30026-3210,79 - 5,580,889NICHEL 61

275-35027-334,44 – 5,581,57

225-32526-326,35 – 8,121,14

Argon200-30026-3212-14,60,889MONEL 67

250-33027-333,8 - 51,57

225-30026-326,35 – 7,61,14

Argon175-26026-3212 – 13,20,889MONEL 60

Gaz de protecțieIntensitatea curentului, A

Tensiunea, V

Viteza de avans a sârmei,

m/min

Diametru, mm

Material de adaos

Procedee de sudare

• Sudarea sub strat de flux, sudarea în baie de zgură şi sudarea cu plasmă au o aplicabilitate limitată.

• Sudarea sub strat de flux se aplică, în special, pentru operaţii de încărcare, se execută în curent continuu, cu polaritate inversă.

• Ca materiale de adaos, se utilizează sârme adecvate, cu diametru cuprins in domeniul 1,6 …2,4 mm şi fluxuri speciale, pe bază de halogenuri.

• Curentul de sudare recomandat pentru o sârmă de 1,6mm, are valori de circa (240 … 280)A.

• Aliajele de nichel pentru turnătorie şi în principal cele cu un conţinut ridicat de siliciu prezintă dificultăţi mai mari la sudare.

Procedee de sudare• Sudarea cu plasma poate fi utilizata pentru îmbinarea

unor componente din aliaje de nichel cu grosimi cuprinse in intervalul de valori 2,5 - 8mm, grosimi in afara acestui interval putând fi sudate cu rezultate mai bune utilizând alte procedee de sudare.

• Cel mai frecvent se sudează grosimi de pana la 8 mmfăra material de adaos.

• Utilizând tehnica de sudare „keyhole” (gaura de cheie), fluxul de plasmă pătrunde complet în interstiţiul dintre componente şi topirea are loc la nivelul marginilor acestora, prin deplasarea capului de sudare de-a lungul rostului.

• Drept gaz de protecţie se utilizează argon sau amestec de argon şi 5 - 8% hidrogen si pentru formarea plasmei se utilizează argon.

Procedee de sudare• Sursele de alimentare pentru sudarea cu plasma sunt

similare cu cele pentru sudarea WIG, alegând polaritate directa.

• Sunt necesare dispozitive de poziţionare si prindere a componentelor, cu plasarea unui dispozitiv de asigurare cu gaz pentru protecţia rădăcinii.

• Parametrii de sudare trebuie aleşi astfel încât sa nu se producă turbulenţe in baia de sudură prin crearea unei zone cu plasma instabilă.

• Viteza excesivă de deplasare poate provoca lipsa de pătrundere.

• Capul de sudare trebuie să fie menţinut pe axa rostului, perpendicular pe suprafaţa componentelor de sudat, în ambele plane (longitudinal şi transversal), deoarece o deviaţie de 1 mm este suficienta pentru a provoca lipsa de topire.

Gaze de protectie

• Din cauza versatilităţii procesului de sudare, arcul electric trebuie protejat la sudarea aliajelor de nichel. De cele mai multe ori, protecţia este necesara si pe partea opusa zonei de sudare, la rădăcina. Gazele de protecţie utilizate sunt argonul, heliul sau amestecuri de argon cu 5 - 8% hidrogen.

Viteza de deplasare, mm/min

Intensitateacurentului, A

Corelaţia intre valorile curentului si vitezei de deplasare la sudarea in mod „keyhole” cu plasma

Procedee de sudare

• Lungimea arcului de plasma trebuie sa se aleagă in intervalul 3 – 9 mm pentru evitarea apariţiei porozităţii.

• Distanţe mai mici pot duce la acumularea de stropi pe orificiu si dereglarea direcţiei fluxului de plasma.

• Se pot utiliza si materiale de adaos în timpul sudarii prin metoda keyhole, cantitatea introdusa fiind limitată de tensiunea superficiala si capacitatea băii de metal topit de a îngloba si topi rapid materialul rece.

Rosturi pentru sudareAliaje Cu-Ni

Pana la grosimi de 3mm, A=0-1,5mm Pentru grosimi de 3-15mm, A=1-

3mm, B=1,5-2,5mm, C=70-80o

Rost in “X” cu treceri multiple

150-18026-28170-1804Aliaj 182SE28-48

150-18025-27155-1703,25Aliaj 182SE11-27

150-18024-26140-1552,5Aliaj 182SE6-10

50-10021-22185-2152,5Aliaj 82WIG1-5

Viteza de sudare

m/min

Tensiune, VCurent, ADiametruelectrod, mm

Material de adaos

ProcedeuTrecere

Campul de tensiuni la sudare cu rost in “V”

ParametriProcedeu: GTAW (WIG) PulsatDiametru Electrod : 2,38mmTip electrod: W cu ceriuGaz de protectie: ArgonPreincalzire: 15°CTemperatura intre treceri: 176°C

Curent : 200 / 130 ATensiune: 9,5 / 5,0 VViteza de avans sarma: 106 / 76 cm/min.Puls: 0.206 / 0.14 s

Brazarea• Brazarea nichelului sau a aliajelor sale se poate realiza cu

materiale de adaos pe baza de nichel. • Aliajele de nichel cu rezistenţa mare la coroziune sunt brazate cu

aliaje de lipit pe bază de argint, cu conţinut redus de sulf, zinc, plumb, bismut şi antimoniu.

• Materialele de adaos sunt disponibile sub forma de folie sau sârmă, pulbere, suspensie sau pasta. In cazul aliajelor pentru lipire tare ce conţin elemente care determina scăderea temperaturii, cum ar fi bor, siliciu si crom, se poate obţine cresterea temperaturii de topire în cazul în care ciclul de lipire poate fi extins o perioada de timp suficient de mare, pentru a permite difuzia respectivelor elemente, făra reacţii adverse.

• La o încălzire ulterioara, temperatura de topire a aliajului de lipit va fi mai mare, deoarece elementele pro-eutectice (care determinau scăderea temperaturii) sunt deja difuzate si efectul lor este minor.

• În cazul în care este importanta rezistenta la temperaturi ridicate dar nivelul de solicitare nu este sever, cum este cazul aplicaţiilor de motoare cu turbină cu gaz şi motoare de racheta, pot fi utilizate si alte tipuri de aliaje metalice de adaos.

Brazarea• Exista si aliaje de lipit pe baza de aur care conţin nichel, cum ar fi AMS

4787, cu 82% Au şi 18% Ni, (AWS BAU-4) având temperatura de topire la 949 oC.

• Acest material, cu toate că determina obţinerea unor îmbinări cu rezistenta mai slaba comparativ cu cea realizata cu aliaj nichel-crom-bor-siliciu, este rezistent la coroziune fisurantă sub sarcina şi la oxidare, poate umple interstiţii relativ mari, este foarte flexibil şi nu erodează metale de bază.

• Totodată, au fost dezvoltate aliaje de lipire tare cu paladiu, utilizate în dispozitive electronice sau în aplicaţii exploatate la temperaturi ridicate. Brazarea componentelor complexe realizate din aliaje de nichel se poate realiza in cuptoare vidate sau cu atmosfera neutra, pentru evitarea efectelor de oxidare la temperaturi ridicate.

• Componentele realizate din aliaje de nichel consolidate prin ecruisare pot fi supuse la efecte corozive atunci când vin în contact cu metalul topit de umplere. Pentru a evita astfel de solicitări este necesara aplicarea unui tratament de detensionare înainte sau în timpul procesului de brazare.

• In cadrul activităţii de prelevare a probelor brazate pentru pregătirea probelor metalografice trebuie sa se aibă grija la tăierea eşantioanelor, deoarece un proces de taiere brutal poate duce la spargerea materialului de adaos.

Brazarea

Aspectul îmbinării brazate din aliaj ternar: Cu–Ni–Zn

Brazarea

Componente brazate in vid realizate din aliaje de nichel

Brazarea• Curăţarea atenta a zonei de îmbinare este necesara,

fluxurile decapante si metodele fiind similare cu cele aplicate pentru otelul inoxidabil, iar interstiţiul de lipire trebuie sa se situeze in domeniul 0,0127 şi 0,127 mm.

• După lipire trebuie îndepărtate reziduurile fluxurilor, pentru a evita corodarea zonei adiacente, cu excepţia cazului în care procesul de brazare se efectuează în atmosferă protectoare sau in cuptoare cu vid.

• Daca se utilizează un flux adecvat, lipirea se poate face chiar si cu flacăra oxiacetilenică.

• Super-aliajele pe bază de nichel călibile si durificabile prin precipitare care conţin elemente uşor oxidabile de tip aluminiu şi / sau titan trebuie să fie placate cu nichelînainte de lipire si se recomanda ca tratamentul de consolidare prin precipitare sa fie combinat cu ciclul de brazare.

Tratamente termicePreîncălzirea în vederea sudării

• Preîncălzirea aliajelor forjate este necesară doar în cazul în care materialul de bază are mai puţin de 16C, caz în care preîncălzirea se realizează pe o lăţime de (225 … 305) mm, de o parte şi de alta a îmbinării, pe ambele feţe ale componentelor, până la (16 … 21) C, pentru a evita condensul şi umezeala care pot provoca apariţia porilor în cusătură.

• În mod frecvent, aliajele de Ni se sudează în stare recoaptă.• Aliajele durificabile prin precipitare trebuie să fie recoapte înainte de

orice operaţie care introduce tensiuni reziduale mari (deci şi înainte de sudare).

• Orice semifabricat care a fost supus unor deformări plastice puternice (ambutisare, laminare etc.) trebuie revenit înainte de sudare (preîncălzire de revenire).

• Dacă este posibil, este de preferat ca preîncălzirea să se efectueze în atmosferă controlată în scopul limitării oxidării, minimizând extinderea zonelor care necesită curăţire în vederea îndepărtării peliculei de oxizi înainte de sudare. Preîncălzirea nu înlocuieşte tratamentul termic post-sudare.

Tratamente termice• Pentru menţinerea sau cresterea rezistenţei la coroziune este necesar

aplicarea unui tratament termic sau chimic post sudare pentru detensionarea structurii sudate, în vederea evitării durificării prin îmbătrânire, sau a coroziunii tenso-fisurante a structurilor sudate care lucrează în mediu de vapori de HF sau sodă caustică.

• Dacă procesul de sudare introduce tensiuni reziduale, atunci aliajele durificabile prin precipitare vor necesita o revenire de detensionare după sudare, după care se aplica o durificare prin îmbătrânire.

• Pentru a evita expunerea îndelungată a cusăturii sudate la ciclul termic al tratamentului de preîncălzire, se recomandă o încălzire rapidă în cuptor cu timp de menţinere cât mai mic.

• Când componentele de sudat sunt prea mari în comparaţie cu cuptorul, acestea se preîncălzesc prin mijloace locale (cu elemente rezistive) la o temperatură cu (110 … 280)C mai mare decât temperatura de tratament prevăzuta pentru cuptor.

• După atingerea temperaturii prevăzute, componentele se răcesc lent, cu cuptorul sau sub elementele rezistive, până la temperatura ambiantă. Tensiunile provocate de reparaţii trebuie eliminate în mod similar, prin prevederea unei viteze mare de încălzire la temperatura de tratament termic pentru punere în soluţie înainte de îmbătrânire.

CONTROLUL IMBINARILOR SUDATE

• Datorita costurilor mari ale aliajelor de nichel se impune aplicarea celor mai bune metode de control in cazul îmbinărilor sudate.

• Pentru omologarea tehnologiilor de sudare se recomanda aplicarea atât a metodelor de control distructiv (tracţiune, rezilienţa, duritate, microstructura, rezistenta la coroziune) cat si a celor de control nedistructiv (optico-vizual, lichide penetrante, radiaţii penetrante, ultrasunete, etanşeitate, Eddy Current, etc).

DOMENII DE UTILIZARE• Proprietăţile deosebite pe care le posedă nichelul

au determinat utilizarea acestuia în foarte multe domenii: construcţia de maşini, aparate şi instalaţii, tehnica rachetelor, reactoare nucleare, tubulatură şi rezervoare pentru agenţi chimici, filtre poroase, piese din aparatura chimică, electronică, medicală, implanturi ş.a.

• Evoluţia necesităţilor de aparatură din ce în ce mai performantă din industria chimică a determinat dezvoltarea anumitor marci de aliaje, la concurenţă cu oţelurile inoxidabile din considerente economice şi de fiabilitate.

UTILIZARE• Nichelul este un element chimic fundamental pentru

alierea otelurilor. Când este introdus in cantităţi mari, asigură caracteristici de tenacitate, mai ales la temperaturi scăzute

• Nichelul determina scăderea temperaturii de tranziţie a otelurilor, extinde domeniul de temperatura pentru călire si revenire, întârzie descompunerea austenitei la răcire.

• In plus, nichelul nu formează carburi sau alţi compuşi care sunt dificil de dizolvat la încălzire.

• Datorita stratului de oxid aderent format prin încălzirea otelurilor care conţin nichel, calitatea suprafeţelor nu este atât de buna precum cea a otelurilor făra nichel.

• Caracteristici de baza: rezistentă mecanică, tenacitate si rezistentă la oboseală.

DOMENII DE UTILIZARE

• Sub formă de metal pur nichelul este utilizat :– pentru acoperiri prin placare sau electrochimice ale

aliajelor mai puţin rezistente la coroziune în mediul ambiant (ca de ex. oţelurile carbon şi slab aliate) ;

– pentru piese rezistente la agenţi chimici (tubulatura pentru condensatoare la obţinerea H2, pentru pomparea alcalilor în industria chimică, aparatură medicală şi altele) ;

– pentru piese care necesită bune proprietăţi electrice(radiolocaţie, televiziune, tehnică nucleară ş.a.);

– ca agent cu activitate chimică înaltă (sub formă de pulbere catalizator în industria chimică, în special în produse de hidrogenare, la filtre poroase pentru gaze, combustibili şi alţi produşi din industria chimică etc.).

DOMENII DE UTILIZARE• Sub formă de aliaj are largi utilizări (se cunosc mai mult de 3000

aliaje de Ni) în tehnică, ca metal de bază sau de aliere, datorită unor proprietăţi speciale (electrice, magnetice, rezistenţă la temperaturi înalte, la agenţi chimici agresivi, la coroziune, la oxidare, refractaritate ş.a.).

• Consumul mondial al aliajelor de nichel a crescut foarte mult mai ales după cele două războaie mondiale.

• Costul nichelului a fost şi rămâne şi în prezent destul de ridicatcomparativ cu cel al altor elemente metalice de importanţă industrială. Deşi consumul anual, la nivel mondial, al nichelului reprezintă doar o fracţiune din consumul total de oţel, extinderea aplicaţiilor bazate pe aliajele sale continuă datorită performanţelor deosebite pe care acestea le posedă.

• Deşi sunt mult mai scumpe decât alte aliaje industriale, caracteristicile mecanice şi de rezistenţă la coroziune speciale le fac să fie o investiţie rentabilă pe termen lung. În 1990, în ţările vest europene consumul de nichel s-a cifrat la 40 x 109 g, peste 85% din piesele realizate fiind sub formă de semifabricate forjate.

ASPECTE ECONOMICE• Nichel cu puritate minima de 99.80%, determinata

prin analize de compozitie chimica conform specificatiilor ASTM, se poate livra in cantitate de 6 tone (cu o toleranta de +/- 2%)

• Forme de livrare:• 1. Placi• 2. Bare catod

3. Pelete (bile) 4. Brichete (bulgari)

• Cotatie: US dollars per tona:• $50 de marci cu pret intre US$50 si US$7450• $100 de marci cu pret peste US$7500

Domenii de utilizare

DOMENII DE UTILIZARE ALEALIAJELOR DE NICHEL

Repartizarea consumurilor si producatorilor de Ni, la nivel mondial.

Resursedisponibile

Nivel de productie

Utilizare la scaraindustriala

Consum de nichel peregiunigeografice

Aplicatii in industrie

Elemente de turbina pentru avioane(superaliaje de Ni)

Schimbator de caldura

Acoperiri galvanice

Baterii reîncărcabileCelulele Nichel-hidrogen au o densitate relativ redusa de producere a energiei electrice, care rezultă parţial din dificultatea de ambalare a unor dispozitive cilindrice, reunite intr-o baterie.Un vas acumulator sub presiune nichel-hidrogen conţine un număr mare de celule individuale, într-o singură incinta aflata sub presiune mare. În afara de reducerea volumului bateriei, volumul vasului sub presiune poate fi redus în mod semnificativ, deoarece celulele pot fi conectate direct împreună în vasul de presiune, eliminând necesitatea existentei unor fire de interconectare acelulelor individuale.

Celula Ni-hidrogen realizata din aliaj de nichel (50Ah)

Celula Ni-hidrogen realizata din aliaj de nichel (100Ah).

ALIAJE DE NICHEL

• Superaliaje Hastelloy, Incoloy, Inconel (Aliaje 617, 625, 713 si 713) –vase, tevi, valve etc.

Elemente de conducte

CW354HCuNi30Fe1MnC7150070Cu-30Ni

CW352HCuNi10Fe1MnC7060090Cu-10Ni

CENISOUNSAliaj

Placare cu nichel ductil (nichelare dura)

Implanturi / aparate dentare

Reciclare

Nichelul este considerat element chimic cu importanta economica si strategica pentrumulte tari, datorita aplicatiilor sale in diferitedomenii de varf.

De aceea, nichelul este un metal cu cotatiela bursa: London Metal Exchange

Efecte Biologice•

Nichelul este prezent in corpul uman in mici cantitati iar rolul sau nu se cunoaşte cu exactitate inca.

• Se presupune ca acesta activează activitatea anumitor enzime si poate juca un rol însemnat in stabilizarea materialului cromozomial din nucleul celulei umane.

• Expunerea organismelor vii in medii cu nichel poate duce la apariţia de dermatite (inflamaţii ale pielii).

• In cazul expunerii îndelungate se poate ajunge la îmbolnăvire cronica (cancer in cazul lucrătorilor din rafinăriile de nichel).

Toxicitate• Compuşi de nichel şi nichelul pur pot, în anumite

circumstanţe să fie asociate cu toxicitate, carcinogenitate şi cu sensibilizare dermică.

• Cele mai multe dintre riscurile practice asociate cu efectele daunatoare ale nichelului sunt observate la anumite procese complexe care apar în producţia de aliaje nichel şi de rafinare a acestora.

• Riscurile sunt bine cunoscute, sunt gestionate şi controlate de către reglementarile specifice la locul de muncă.În opinia specialistilor din industria nichelului, riscuri semnificative nu sunt în mod normal asociate cu utilizarea acestuia, a aliajelor sau produselor care conţin nichel, cu excepţia utilizării sale pentru unele bijuterii.

• Utilizarea nichelului are o contribuţie foarte mare la îmbunătăţirea sănătăţii, siguranţei şi protecţiei mediului. Societatea va pierde mult mai mult decât va câştiga în cazul în care adoptă o abordare excesiv de precauţie pentru evaluarea şi gestionarea riscurilor asociate nichelului.

Abordarea efectelor Ni• Abordarea conceptuală efectuata in cadrul

secţiunii de evaluare a mediului din cadrul a UE privind riscurile utilizarii nichelului sunt incluse următoarele etape:

• Emisiile de compuşi ai nichelului au fost cuantificate pentru întregul ciclu de viaţă, adică, de la producţie, utilizare şi eliminare;Concentraţiile de nichel care rezultă din aceste emisii au fost determinate in diferitemedii (apa, sedimente, sol, ţesut), la nivel local şi regional (PEC);Concentraţiile critice care au efecte nocive(PNEC) au fost determinate pentru fiecare dintre mediile relevante;Concentraţiile de expunere au fost comparate cu concentraţiile critice efectuate pentru fiecare din mediile relevante (caracterizarea riscului);

• Acţiuni corective (in vederea gestionariiriscurilor) au fost identificate pentru situaţii în care concentraţiile de expunere au fost mai mari decât concentraţiile critice efective.

BIBLIOGRAFIE• C.Gheorghe, M.Ştefănescu - Indreptar de metale, obţinere, proprietăţi, utilizări – E.T. 1997, Bucuresti, pag. 99-108.• Suzana Gâdea, M.Protopopescu – Aliaje neferoase, Editura Tehnică, Bucureşti, 1965, pag. 198-228;• N.Geru şi col. – Materiale metalice. Structură, proprietăţi, utilizări, Editura tehnică, Bucureşti, 1985, pag. 348 -351;• C.H.Lund – Physical metallurgy of nichel-base superalloys, Defence Metals Information Center, 1961, USA, pag.1-37;• *** - Nichel and cobalt alloys, pag. 218 – 245;• D.J.Tillack and col. – Selection of nickel, nickel-copper, nickel-chromium, and nickel-chromium-iron alloys, ASM Handbook, Vol. 6, 1993,

USA, pag. 586 – 578;• M.D.Rowe, P.Crook, G.L. Hoback – Weldability of a corrosion-resistant Ni-Cr-Mo-Cu alloy, Welding Journal , Nov. 2003, pag. 313 –320S.• D.C. Agarwal, W. Herda – Nickel – base alloys combat corrosion, Advanced Materials & Processes No. 6/1995, Vol.147, pag. 25 – 28.• V.K.Sikka, S.C.Deevi, J.D. Vought – Exo – Melt: a commercially viable process, Advanced Materials & Processes No. 6/1995, Vol.147,

pag. 29 – 31.• C.Boucher – Aspect Metallurgique du soudage des alliages a base de nickel employes dans la construction des appareils a pression,

Soudage et techniques connexes, 1990, pag. 28-34.• S.J. Matthews – Selection of Nickel – Base Corrosion Resistant Alloys Containing Molybdenum, ASM Handbook, Vol. 6, 1993, USA, pag.

593 – 597.• S.d. Kiser – Special Metallurgical Welding Consideration for Nickel and Cobalt Alloys and Superalloys, ASM Handbook, Vol. 6, 1993,

USA, pag. 575 – 579.• N.L.Richards, X.Huang, M.C.Chaturvedi – Heat Affected Zone Cracking in Cast Inconel 718, Materials Characterization – International

Journal on material Structure and Behaviour, Vol. 28, No. 3/1992, Ed. Elsevier, pag. 179 – 187.• W.A.Baeslack, D.Phillips, G.K.Scarr – Study of the Microstructure Obtained After Diffusion Bonding Inconel 625 to Low Alloy Steel by Hot

Uniaxial Presing or Hipping, Materials Characterization – International Journal on material Structure and Behaviour, Vol. 28, No. 1/1992, Ed. Elsevier, pag. 49 – 59.

• J.P.Schade, R.W.Ross Jr. – Control Corrosion with New Nickel Base Alloys, Advanced Materials &Processes, Vol. 146, No. 1/1994, pag. 37 – 40.

• G.D. Smith, H.L.Flower – Superplastic Forming of Alloy 719, Advanced Materials &Processes, Vol. 145, No. 4/1994, pag. 32 – 34.• *** - Metals Handbook, Vol. 1, properties and selection of metals, Ediţia a 8-a, 1961, pag. 1113 – 1130.• ASM Handbook - Vol.6, Welding, Brazing and Soldering, 1994.• Shiyun DONG, Binshi XU, Junming LIN, A Novel NDT Method for Measuring Thickness of Brush-Electroplated Nickel Coating on Ferrous

Metal Surface, 17th World Conference on Nondestructive Testing, 25-28 Oct 2008, Shanghai, China.• J., N., DuPont, J., C., Lippold, S.,D., Kiser, Welding Metallurgy and Weldability of Nichel Base Alloys, Ed. Willey, 2009;• BS EN ISO 5817:2003, Welding. Fusion-welded joints in steel, nickel, titanium and their alloys (beam welding excluded). Quality levels for

imperfections.• S.,D., Kiser, E., B., Hinshaw, J., Crum, L., E., Shoemaker, Nickel alloy welding requirements for nuclear service, Conf. Focus on Nuclear

Power Generation, 2005, p. 21-26.• EN ISO 15614-1, Specification and qualification of welding procedures for metallic materials, Welding procedure test, Part 1: Arc and gas

welding of steels and arc welding of nickel and nickel alloys.• NORSOK Standard, M 601 rev. 4, 2004.• Joining Dissimilar - Metals, Special Metals Joining, SMC - 055, 2003, USA.

sudarea nichelului simplificat

Documents