El níquel es un metal brillante de color blanco plateado con un ligero tinte dorado. El níquel es uno de los elementos de aleación más comunes. Aproximadamente el 65% de la producción de níquel se utiliza en aceros inoxidables. Debido a que el níquel no forma ningún compuesto de carburo en el acero, permanece en solución en la ferrita, fortaleciendo y endureciendo la fase de ferrita. Los aceros al níquel se tratan térmicamente fácilmente porque el níquel reduce la velocidad de enfriamiento crítica.
Las aleaciones a base de níquel (por ejemplo, aleaciones de Fe-Cr-Ni (Mo)) exhiben una excelente ductilidad y tenacidad, incluso a altos niveles de resistencia y estas propiedades se conservan hasta bajas temperaturas. El níquel y sus aleaciones son altamente resistentes a la corrosión en muchos ambientes, especialmente aquellos que son básicos (alcalinos). El níquel también reduce la expansión térmica para una mejor estabilidad dimensional. El níquel es el elemento base de las superaleaciones. Estos metales tienen una excelente resistencia a la deformación por fluencia térmica y conservan su rigidez, resistencia, tenacidad y estabilidad dimensional a temperaturas mucho más altas que los otros materiales estructurales aeroespaciales.
Tipos de aleaciones de níquel
Superaleaciones a base de níquel
Las superaleaciones a base de níquel constituyen actualmente más del 50% del peso de los motores de aviones avanzados. Las superaleaciones a base de níquel incluyen aleaciones reforzadas con solución sólida y aleaciones endurecibles por envejecimiento. Las aleaciones endurecibles por envejecimiento consisten en una matriz austenítica (fcc) dispersa con precipitación coherente de un Ni 3(Al, Ti) intermetálico con estructura fcc. Las superaleaciones a base de Ni son aleaciones con níquel como elemento de aleación primario que se prefieren como material de cuchilla en las aplicaciones discutidas anteriormente, en lugar de las superaleaciones a base de Co o Fe. Lo que es significativo para las superaleaciones a base de Ni es su alta resistencia, resistencia a la fluencia y a la corrosión a altas temperaturas. Es común fundir palas de turbina en forma solidificada direccionalmente o en forma monocristalina. Las palas monocristalinas se utilizan principalmente en la primera fila de la etapa de turbina.
Por ejemplo, Inconel es una marca registrada de Special Metals para una familia de superaleaciones austeníticas a base de níquel-cromo. Inconel 718 es una superaleación a base de níquel que posee propiedades de alta resistencia y resistencia a temperaturas elevadas. También demuestra una protección notable contra la corrosión y la oxidación. La resistencia a altas temperaturas de Inconel se desarrolla mediante el fortalecimiento de la solución sólida o el endurecimiento por precipitación, según la aleación. Inconel 718 está compuesto de 55% de níquel, 21% de cromo, 6% de hierro y pequeñas cantidades de manganeso, carbono y cobre.
Alpaca
La plata de níquel , también conocida como plata alemana, latón de níquel o alpaca, es una aleación de cobre con níquel y, a menudo, zinc. Por ejemplo, la aleación de cobre de níquel plata 65-12 UNS C75700 tiene buena resistencia a la corrosión y al deslustre, y alta conformabilidad. La alpaca recibe su nombre por su apariencia plateada, pero no contiene plata elemental a menos que esté chapada.
Constantan
Constantan es una aleación de cobre-níquel que generalmente consta de 55% de cobre y 45% de níquel y cantidades específicas menores de elementos adicionales para lograr valores precisos (casi constantes) para el coeficiente de temperatura de resistividad. Es decir, su característica principal es la baja variación térmica de su resistividad, que es constante en un amplio rango de temperaturas. Se conocen otras aleaciones con coeficientes de temperatura igualmente bajos, como la manganina.
Esta aleación tiene una alta resistividad eléctrica (4,9×10−7Ω·m), lo suficientemente alta como para lograr valores de resistencia adecuados incluso en redes muy pequeñas, el coeficiente de resistencia de temperatura más bajo y el EMF térmico más alto (también conocido como el efecto Seebeck) contra el platino de cualquiera de las aleaciones de cobre-níquel. Debido a las dos primeras de estas propiedades, se utiliza para resistencias eléctricas y, debido a la última propiedad, para termopares. Los termopares son dispositivos eléctricos que constan de dos conductores eléctricos diferentes que forman una unión eléctrica. Un termopar produce un voltaje dependiente de la temperatura como resultado del efecto termoeléctrico, y este voltaje se puede interpretar para medir la temperatura.
Por ejemplo, el constantan es el elemento negativo del termopar tipo J, siendo el hierro el positivo. Los termopares tipo J se utilizan en aplicaciones de tratamiento térmico. Además, Constantan es el elemento negativo del termopar tipo T con cobre el positivo. Estos termopares se utilizan a temperaturas criogénicas.
En los reactores nucleares, los termopares se colocan en ubicaciones preseleccionadas para medir la temperatura de salida del refrigerante del conjunto de combustible para su uso en la monitorización de la distribución de energía radial del núcleo y el refrigerante. Pero en este caso, los termopares deben resistir la irradiación de neutrones, por lo que se prefieren los termopares de tipo E (cromel-alumel) u otros termopares especiales.
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