O níquel é um metal lustroso branco prateado com um leve tom dourado. O níquel é um dos elementos de liga mais comuns. Cerca de 65% da produção de níquel é utilizada em aços inoxidáveis. Como o níquel não forma nenhum composto de carboneto no aço, ele permanece em solução na ferrita, fortalecendo e endurecendo a fase de ferrita. Os aços com níquel são facilmente tratados termicamente porque o níquel reduz a taxa crítica de resfriamento.
Ligas à base de níquel (por exemplo, ligas Fe-Cr-Ni(Mo)) exibem excelente ductilidade e tenacidade, mesmo em altos níveis de resistência e essas propriedades são mantidas até baixas temperaturas. O níquel e suas ligas são altamente resistentes à corrosão em diversos ambientes, principalmente os básicos (alcalinos). O níquel também reduz a expansão térmica para melhor estabilidade dimensional. O níquel é o elemento base das superligas. Esses metais têm excelente resistência à deformação por fluência térmica e mantêm sua rigidez, resistência, tenacidade e estabilidade dimensional em temperaturas muito mais altas do que os outros materiais estruturais aeroespaciais.
Tipos de ligas de níquel
Superligas à base de níquel
As superligas à base de níquel constituem atualmente mais de 50% do peso dos motores de aeronaves avançados. As superligas à base de níquel incluem ligas reforçadas com solução sólida e ligas endurecíveis por envelhecimento. As ligas endurecíveis por envelhecimento consistem em uma matriz austenítica (fcc) dispersa com precipitação coerente de um Ni3 (Al,Ti) intermetálico com estrutura FCC. As superligas à base de Ni são ligas com níquel como elemento primário de liga e são preferidas como material de lâmina nas aplicações discutidas anteriormente, em vez de superligas à base de Co ou Fe. O que é significativo para as superligas à base de Ni é sua alta resistência, fluência e resistência à corrosão em altas temperaturas. É comum fundir pás de turbina em forma solidificada direcional ou em forma de cristal único. As pás de cristal único são usadas principalmente na primeira linha no estágio da turbina.
Por exemplo, Inconel é uma marca registrada da Special Metals para uma família de superligas austeníticas à base de níquel-cromo. O Inconel 718 é uma superliga à base de níquel que possui propriedades de alta resistência e resistência a temperaturas elevadas. Também demonstra notável proteção contra corrosão e oxidação. A resistência de alta temperatura do Inconel é desenvolvida pelo reforço de solução sólida ou endurecimento por precipitação, dependendo da liga. O Inconel 718 é composto por 55% de níquel, 21% de cromo, 6% de ferro e pequenas quantidades de manganês, carbono e cobre.
Níquel prata
A prata de níquel, também conhecida como prata alemã, latão de níquel ou alpacca, é uma liga de cobre com níquel e frequentemente zinco. Por exemplo, a liga de cobre UNS C75700 níquel prata 65-12 tem boa resistência à corrosão e manchas e alta capacidade de conformação. A prata níquel é nomeada devido à sua aparência prateada, mas não contém prata elementar, a menos que seja banhada.
Constantan
Constantan é uma liga de cobre-níquel que consiste geralmente em 55% de cobre e 45% de níquel e pequenas quantidades específicas de elementos adicionais para obter valores precisos (quase constantes) para o coeficiente de temperatura de resistividade. Ou seja, sua principal característica é a baixa variação térmica de sua resistividade, que é constante em uma ampla faixa de temperaturas. Outras ligas com coeficientes de temperatura igualmente baixos são conhecidas, como a manganina.
Esta liga tem alta resistividade elétrica (4,9 x 10−7 Ω·m), alta o suficiente para atingir valores de resistência adequados mesmo em grades muito pequenas, o menor coeficiente de resistência à temperatura e o EMF térmico mais alto (também conhecido como efeito Seebeck). contra a platina de qualquer uma das ligas de cobre-níquel. Por causa das duas primeiras dessas propriedades, ele é usado para resistores elétricos e, por causa da última propriedade, para termopares. Termopares são dispositivos elétricos que consistem em dois condutores elétricos diferentes formando uma junção elétrica. Um termopar produz uma voltagem dependente da temperatura como resultado do efeito termoelétrico, e essa voltagem pode ser interpretada para medir a temperatura.
Por exemplo, constantan é o elemento negativo do termopar tipo J com o ferro sendo o positivo. Os termopares tipo J são usados em aplicações de tratamento térmico. Além disso, Constantan é o elemento negativo do termopar tipo T com cobre o positivo. Esses termopares são usados em temperaturas criogênicas.
Em reatores nucleares, os termopares são posicionados em locais pré-selecionados para medir a temperatura de saída do refrigerante do conjunto de combustível para uso no monitoramento do compartilhamento de energia radial do núcleo e do refrigerante. Mas, neste caso, os termopares devem resistir à irradiação de nêutrons, portanto, tipo E (cromel-alumel) ou outros termopares especiais são os preferidos.
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