1. Ներածություն
Nickel- ը արդյունաբերական ոլորտում լայնորեն կիրառվող կրիտիկական մետաղ է, օդատիեզերական, էներգիա, եւ քիմիական ծրագրեր `դրա կոռոզիոն դիմադրության պատճառով, Մեխանիկական ուժ, եւ ջերմային կայունություն.
Նրա խտությունը հասկանալը հիմնարար է ինժեներների եւ նյութական գիտնականների համար, քանի որ այն ազդում է քաշի հաշվարկների վրա, Բաղադրիչի ձեւավորում, Mal երմային պահվածք, եւ ընդհանուր նյութի կատարումը.
Մաքուր նիկելի հղման խտությունը սենյակային ջերմաստիճանում (20 ° C) մոտավորապես 8.908 գ / սմ (կամ 8,908 կգ / մ).
Այս ներքին գույքը ենթադրում է նիկելի դիմումները բարձրորակ համաձուլվածքներում, Կառուցվածքային բաղադրիչներ, եւ մասնագիտացված ծածկույթներ.
2. Որն է նիկելի խտությունը
Խտություն սահմանվում է որպես զանգվածի միավորի ծավալի զանգված (p = m / v). Նիկելի համար, Դրա խտությունը ծագում է ատոմային զանգվածից (58.6934 դու) եւ նրա դեմքի կենտրոնացած խորանարդը (FCC) բյուրեղյա կառուցվածքը, որը ակտիվորեն փաթեթավորում է ատոմները.
Ստանդարտ ջերմաստիճանում եւ ճնշում, նիկելը ցուցադրվում է կայուն FCC վանդակավոր վանդակավոր վանդակավոր կայունությամբ 0.352 նմ, արտադրում է դրա բնորոշ խտությունը 8.908 գ / սմ.
3. Նիկելի խտության վրա ազդող գործոնները
Նիկելի խտությունը (~ 8.908 գ / սմ 20 ° C ° C Ultra- բարձր մաքրության մետաղի համար) ֆիքսված հաստատուն չէ; Այն տատանվում է մաքրություն, խառնուրդ, ջերմաստիճան, եւ ճնշում.
Մաքրություն: Խտության փոփոխականության հիմնական վարորդը
Հղման խտությունը 8.908 G / CM³- ը կիրառում է բացառապես Ուլտրա-բարձր մաքրության նիկել (≥99.99%), ինչպիսիք են էլեկտրոլիտիկ նիկելը, որն օգտագործվում է էլեկտրոնիկայի եւ ճշգրիտ գործիքներում.
Արդյունաբերական պրակտիկայում, Նիկելը հազվադեպ է հասնում այս մաքրությանը.
Անմիտ, Անկախ նրանից, թե դիտավորյալ (համաձուլվածքային տարրեր) կամ պատահական (Մնացորդային հանքաքարեր, Վերամշակման աղտոտող նյութեր), Տեղահանել նիկելի ատոմները բյուրեղյա վանդակավորության մեջ, Խտությունը փոփոխելով, հիմնվելով նրանց ատոմային զանգվածի եւ համակենտրոնացման վրա.
Ընդհանուր կեղտեր եւ դրանց էֆեկտներ (Տվյալներ ASM ձեռնարկից, Ծավալ 2):
| Կեղտ | Խտություն (գ / սմ) | Բնորոշ կոնցենտրացիան առեւտրային նիկելի մեջ | Արդյունքում Nickel խտությունը (գ / սմ) | Խտության փոփոխություն vs. Մաքուր նիկել |
| Երկաթ (Անք) | 7.874 | 0.5-1.0% | 8.85-8.90 | -0.01-ից -0.06 |
| Պղնձ (Մգոհել) | 8.96 | 0.1-0.5% | 8.91-8.93 | +0.002 դեպի +0.02 |
| Ածխածնային (Գ, գրաֆիտ) | 2.267 | 0.01-0.05% | 8.90-8.91 | -0.001-ից -0.008 |
| Ծծումբ (Ծուռ) | 2.07 | 0.005-0.01% | 8.905-8.907 | -0.001-ից -0.003 |
| Թթվածին (Օ, գազ) | 1.429 | 0.001-0.005% | 8.907-8.908 | Աննշան |
Խառնուրդ: Հարմարեցման խտությունը կատարման համար
Նիկելը ձեւավորում է համաձուլվածքներ այնպիսի տարրերով, ինչպիսիք են պղինձ (Մգոհել), քրոմ (Խուզարկու), մոլիբդեն (Ժամանակ), վոլֆրամ (Վ), եւ երկաթ (Անք), Խտանյութերով նյութեր արտադրող, որոնք էապես տարբերվում են մաքուր նիկելից.
Ընտրված համաձուլվածքներ եւ խտություններ:
| Խառնուրդ | Կազմ | Խտություն (գ / սմ) | Տարբերությունն ընդդեմ. Մեջ | Առաջնային դիմում |
| Մանգաղ 400 | 65% Մեջ, 34% Մգոհել, 1% Անք | 8.80 | -0.108 | Ծովային կոռոզիոն դիմադրություն |
| Ինքնորոշ 625 | 59% Մեջ, 21.5% Խուզարկու, 9% Ժամանակ, 5% Անք | 8.44 | -0.468 | Բարձր ջերմաստիճանի սողացող դիմադրություն |
| Hastelloy x | 47% Մեջ, 22% Խուզարկու, 18.5% Անք, 9% Ժամանակ | 8.30 | -0.608 | Գազի տուրբինի այրման պալատներ |
| Նիկել (30% Վ) | 70% Մեջ, 30% Վ | 10.0 | +1.092 | Rad առագայթային պաշտպանություն, Հագուստի դիմադրություն |
| Անարդար 36 | 64% Անք, 36% Մեջ | 8.05 | -0.858 | Low երմային ընդլայնման ցածր գործիքներ |
Ջերմաստիճան: Ther երմային ընդլայնում եւ խտության կրճատում
Նիկելը ընդլայնվում է ջերմությամբ, Նվազեցնելով դրա խտությունը.
Է Ther երմային ընդլայնման գծային գործակից (Ցեխ) Նիկելի համար ~ 13.4 × 10⁻⁶ / ° C; է մոտավոր ծավալային cte ~ 40.2 × 10⁻⁶ / ° C ° է. Օգտագործելով այս արժեքները, Նիկելի խտությունը նվազում է ջերմաստիճանի հետ:
- 100 ° C ջերմաստիճանում: Խտություն ≈ 8.908 G / CM³ (1 Մի քիչ (40.2 × 10⁻⁶ / ° C × 80 ° C)) ≈ 8.88 գ / սմ
- 500 ° C ջերմաստիճանում: Խտություն ≈ 8.908 G / CM³ (1 Մի քիչ (40.2 × 10⁻⁶ / ° C × 480 ° C)) ≈ 8.73 գ / սմ
- 1455 ° C ջերմաստիճանում (հալման կետ, հեղուկ նիկել): Խտություն ≈ 8.70 գ / սմ (Հեղուկ մետաղները ավելի քիչ խիտ են, քան ամուր են ատոմային խանգարման բարձրացման պատճառով)
Այս ջերմաստիճանի կախվածության խտությունը կրիտիկական է:
- Բարձր ջերմաստիճանի ձուլում: Ձուլվածքները պետք է հաշվի առնեն խտության փոփոխությունները ամրապնդման ընթացքում `նեղացման թերություններից խուսափելու համար.
- Ավիատիեզերական բաղադրիչներ: Նիկել Superalloys- ը ռեակտիվ շարժիչներում (Գործում է 1000-1200 ° C ջերմաստիճանում) Փորձի խտության կրճատումներ, որոնք ազդում են ջերմային հաղորդունակության եւ կառուցվածքային կայունության վրա.
Ճնշում: Սեղմման եւ խտության բարձրացում
Նիկելի մեծածախ մոդուլ (170 GPA) չափում է սեղմման դիմադրությունը. Բարձր ճնշումը փոքր-ինչ մեծացնում է խտությունը:
- Մոտ 1 Gpa (≈10,000 բանկոմատ, Բնորոշ է խորը ծովային միջավայրերին): Խտությունը մեծանում է 0,5% -ով (≈8.95 գ / սմ).
- Մոտ 10 Gpa (Ծայրահեղ ճնշում, օր., Մոլորակային միջուկներ): Խտությունը բարձրանում է 9,3 գ / սմ.
Խորը ծովի սարքավորումներ: Նիկել-ծածկված բաղադրիչները ընկղմվողների մեջ պետք է դիմակայեն ճնշման պայմանավորված խտության փոփոխություններին, առանց կառուցվածքային ձախողման.
Բարձր ճնշման մետաղամշակում: Գործընթացներ, ինչպիսիք են տաք isostatic սեղմումը (Հիփ) Օգտագործեք ճնշում `նիկելի խառնուրդները խտացնելու համար, Ծակոտկենությունը նվազեցնելը եւ վերջնական խտությունը մեծացնելը.
4. Խտության չափում
Վարդապետ Սկզբունք եւ հիդրոստատիկ կշռում
Նիկելի նմուշները ընկղմվում են հեղուկի մեջ, եւ խտությունը հաշվարկվում է պայծառ ուժերից. Այս մեթոդը պարզ եւ հուսալի է զանգվածային բաղադրիչների համար.
Ռենտգենյան ճառագայթների դիֆրակցիա (Xrd)
XRD- ը հաշվարկում է խտությունը նիկելի բյուրեղապակի կառուցվածքի վանդակավոր պարամետրից (չափվում է ռենտգենյան ցրման միջոցով). Այս մեթոդը:
- Ոչ կործանարար: Հիանալի է արժեքավոր կամ նուրբ նմուշների համար (օր., Ավիատիեզերական բաղադրիչներ).
- Խիստ ճշգրիտ: ± 0.0001 գ / CM³ մաքուր նիկելի համար, քանի որ այն ուղղակիորեն չափում է ատոմային փաթեթավորումը, այլ ոչ թե մեծ քանակությամբ հատկություններ.
- Սահմանափակումներ: Պահանջում է լավ բյուրեղացված նմուշ (Հարմար չէ փոշիների կամ ամորֆ նիկելի համար).
Pycnometry (Փոշիների համար)
Նիկելի փոշիների համար (օգտագործվում է հավելանյութի արտադրության կամ ծածկույթների մեջ), Գազի պիտնիոմետրիա (ASTM D6226) չափում է իրական խտությունը `գազը տեղակայելու միջոցով (օր., հելիում) կնքված պալատում.
Սա խուսափում է փոշու մահճակալների հետեւանքներից սխալներից, Տեսական արժեքի 0.002 գ / սմ / սմ / սմ / սմ / սմ / սմ / սմ / սմ-ի մեջ խտեր.
Չափման փոփոխականություն
Զրուցված խտությունները կարող են փոքր-ինչ տարբեր լինել `կապված կեղտերի պատճառով, ծակոտկենություն, Չափման մեթոդ, եւ ջերմաստիճանը, սովորաբար ± 0.01-0.02 գ / սմ-ի սահմաններում բարձրորակ նիկելի համար.
5. Նիկելի խտության արդյունաբերական արդիականությունը
Նիկելի խտությունը միայն տեսական սեփականություն չէ. Այն ուղղակիորեն ազդում է, թե ինչպես են մետաղը եւ դրա համաձուլումները նախագծված, վերամշակված, եւ կիրառվել է արդյունաբերություններում.
Օդատիեզերական տուրբիններից մինչեւ քիմիական բույսեր եւ հավելանյութերի արտադրություն, Խտությունը առանցքային դեր է խաղում նյութական գործունեության եւ ինժեներական արդյունավետության մեջ.
Օդատիեզերք եւ ավիացիա: Հավասարակշռում քաշը եւ ուժը
Ինքնաթիռներն ու տիեզերանավը պահանջում են նյութեր Բարձր ուժ ունեցող հարաբերակցություններ.
Մինչդեռ մաքուր նիկելը համեմատաբար խիտ է (8.908 գ / սմ), նիկելի վրա հիմնված Superalloys, ինչպիսիք են Ինքնորոշ 625 (8.44 գ / սմ) կամ Hastelloy x (8.30 գ / սմ) տրամադրել փոխզիջում:
- Ստորին խտություն Նվազեցնում է ընդհանուր շարժիչը կամ կառուցվածքային քաշը, Վառելիքի եւ երկարացման միջակայքի խնայողություն.
- Բարձր ջերմաստիճանի կայունություն Ապահովում է դիմադրությունը սողացող եւ հոգնածության համար >1000 ° C.
Օրինակ: Էունք 1% Տուրբինային սկավառակի զանգվածի կրճատումը համաձուլված խտության օպտիմիզացման միջոցով կարող է խնայել տարեկան հարյուրավոր կիլոգրամ ռեակտիվ վառելիքներ.
Ավտոմոբիլային եւ ծանր տեխնիկա: Երկարակեցություն եւ արդյունավետություն
Նիկելի խտությունը տեղին է նաեւ ցամաքային տրանսպորտի համար:
- Էլեկտրական տրանսպորտային միջոցներ (Evs): Նիկելի հարուստ կաթոդային նյութեր (օր., Նյարդ, Nca) ազդել մարտկոցի էներգիայի խտության վրա, որտեղ քաշի խնայողությունները բարելավում են վարորդական միջակայքը.
- Ծանր սարքավորումներ: Նիկել պողպատներ եւ նիկել-պղնձե խառնուրդներ (խտություններ ~ 7.8-8.8 գ / սմ) Տրամադրել կոշտություն եւ դիմադրություն կրել շինարարական մեքենաների եւ հանքարդյունաբերության սարքավորումների մեջ.
Քիմիական եւ նավթաքիմիական մշակում: Կոռոզիոն դիմադրություն զանգվածային արդյունավետությամբ
Քիմիական բույսերում եւ վերամշակման գործարաններում, նիկելի խառնուրդները պետք է դիմադրեն Կոռոզան թթուներ, ալկալային, եւ բարձր ճնշման գազեր:
- Մանգաղ 400 (8.80 գ / սմ): Ընտրվել է ծովային խողովակաշարերի եւ ծովային ջրերի բեռնաթափման համար `գերազանց կոռոզիոն դիմադրության պատճառով.
- Hastelloy C-series (8.9 գ / սմ): Օգտագործվում է թթվային վերամշակման ռեակտորների մեջ, որտեղ խտությունը հավասարակշռված է կոռոզիոն դիմադրության եւ մեխանիկական ամբողջականության դեմ.
Խտությունը ազդում է ոչ միայն Մեխանիկական ուժ բայց նաեւ Mal երմային հաղորդունակություն և He երմափոխանակման արդյունավետություն, երկուսն էլ կարեւոր են քիմիական ռեակտորների մեջ.
Ձուլում, Դավաճանություն, եւ հավելանյութերի արտադրություն: Վերահսկիչ ամրացում
Nickel- ի խտության պահվածքը ջերմային մշակման ընթացքում ուղղակիորեն ազդում է արտադրական արդյունքների վրա:
- Ձուլում: Խտության կրճատում հալվելուց հետո (8.908 → 8.70 գ / սմ) պետք է հաշվի առնել կանխելու համար Նեղանում ծակոտկենություն Ձուլվածքներում.
- Դարբնոց եւ հիփ (Թեժ իզոստատիկ սեղմում): Կիրառական ճնշումը խտացնում է նիկելի խառնուրդները, Փակոնների փակումը եւ մեխանիկական ուժի ավելացումը.
- Հավելանյութերի արտադրություն (Ես): Փոշի-մահճակալ եւ ուղղորդված էներգիայի տեղակայվածությունը ապավինում է հետեւողական փոշու խտությանը `կանխատեսելիի համար Դյուրաբեկ, Շերտերի միատեսակություն, եւ վերջնական մասի խտությունը.
Էներգետիկ եւ միջուկային ծրագրեր: Երբ բարձր խտությունը օգուտ է
Որոշ արդյունաբերություններում, Ավելի բարձր խտությունը ձեռնտու է:
- Նիկել-վոլֆրամի համաձուլվածքներ (10.0 գ / սմ): Տրամադրել ճառագայթահարման պաշտպանություն միջուկային ռեակտորների եւ բժշկական պատկերապատում.
- Նիկելի վրա հիմնված անոդներ եւ կաթոդներ: Խտությունը ազդում է ընթացիկ արդյունավետության եւ ջերմային կայունության վրա վառելիքի բջիջներում եւ էլեկտրոլիզերում.
6. Արագ հղման աղյուսակ: Մաքուր նիկել եւ ընդհանուր համաձուլվածքներ
| Նյութական / Խառնուրդ | Կազմ (Հիմնական տարրեր) | Խտություն (G / CM³ @ 20 ° C) | Հալման կետ (° C) | Հիմնական ծրագրեր |
| Մաքուր նիկել (99.99%) | ≥99.99% -ը | 8.908 | 1455 | Էլեկտրոնիկա, Thermocouples, էլեկտրական |
| Առեւտրային նիկել (Դասարան 200) | ≥99.0% at + FE- ի կեղտաջրերը | 8.85-8.90 | 1445-1455 | Քիմիական մշակման սարքավորումներ, Ծովային ապարատ |
| Մանգաղ 400 | ~ 65% -ով, 34% Մգոհել, 1% Անք | 8.80 | 1350-1400 | Ծովային ճարտարագիտություն, պոմպեր, He երմափոխանակիչներ |
| Ինքնորոշ 600 | 72% -ով, 14-17% CR, 6-10% FE | 8.47 | 1354-1413 | Քիմիական մշակում, Վառարանների բաղադրիչներ, Միջուկային ռեակտորներ |
| Ինքնորոշ 625 | 59% -ով, 21.5% Խուզարկու, 9% Ժամանակ, 5% Անք | 8.44 | 1290-1350 | Ավիատիեզերական տուրբիններ, Միջուկային ռեակտորներ, Քիմիական բույսեր |
| Կուլիս | 58% -ով, 19% Խուզարկու, 13% Կառք, 4% Ժամանակ, Է, Ալ | 8.19 | 1320-1380 | Ռեակտիվ շարժիչի տուրբինային սկավառակներ, Aerospace Fasteners |
Nimonic 80a |
76% -ով, 20% Խուզարկու, Է, Ալ | 8.19 | 1320-1385 | Գազային տուրբիններ, Արտանետվող փականներ, Բարձր ջերմաստիճանի աղբյուրներ |
| Hastelloy x | 47% -ով, 22% Խուզարկու, 18.5% Անք, 9% Ժամանակ | 8.30 | 1260-1355 | Գազի տուրբինի այրման պալատներ, Բարձր ջերմաստիճանի խողովակներ |
| Hastelloy C-22 | 56% -ով, 22% Խուզարկու, 13% Ժամանակ, 3% Վ, Անք | 8.69 | 1350-1400 | Քիմիական ռեակտորներ, քերել, Աղտոտման վերահսկում |
| Hastelloy C-276 | ~ 57% -ով, 16% Ժամանակ, 15% Խուզարկու, 5% Անք, Վ | 8.89 | 1325-1370 | Ծխախոտի գազի մացառներ, Քիմիական մշակում, Աղտոտման վերահսկում |
| Կորցնել 825 | 42% -ով ունեն, 21.5% Խուզարկու, 30-35% FE, 3% Ժամանակ | 8.14 | 1385-1400 | Թթվակայուն խողովակաշար, Ծովային արտանետման համակարգեր |
| Նիկել - (30% Վ) | 70% in, 30% Վ | 10.0 | 1455-1500 | Rad առագայթային պաշտպանություն, Հագուստի դիմացկուն մասեր |
| Անարդար 36 | ~ 64% FE, 36% Մեջ | 8.05 | 1430-1440 | Prec շգրիտ գործիքներ, Therm երմային ընդլայնման ցածր ծրագրեր |
7. Եզրափակում
Նիկելի խտությունը հիմնարար ֆիզիկական գույքի վրա ազդող ձեւավորում է, արտադրություն, եւ կատարումը բարձր տեխնոլոգիաների արդյունաբերություններում.
Գործոններ, ինչպիսիք են մաքրությունը, խառնուրդ, ջերմաստիճան, եւ ճնշումը ստեղծում է փոքր տատանումներ, Բայց այս նրբությունները հասկանալը կարեւոր է ինժեներների եւ նյութական գիտնականների համար.
Նիկելի բարձր խտության համադրությունը, Մեխանիկական ուժ, Եվ ջերմային ճկունությունը դա անփոխարինելի է դարձնում օդատիեզերքում, քիմիական, էներգիա, եւ էլեկտրոնիկայի ոլորտներ.
ՀՏՀ
Կատարում է նիկելի ձեւը (Կոշտ ընդդեմ. փոշի) ազդել դրա խտության վրա?
Այո. «Իսկական խտություն» (Նիկելի խտությունը ինքնին) նույնն է պինդների եւ փոշիների համար (~ 8.908 գ / CM³ մաքուր նիկելի համար), Բայց «զանգվածային խտությունը» (փոշու մահճակալի զանգված / ծավալը) ավելի ցածր է (4-5 գ / սմ) մասնիկների միջեւ եղած ձայների պատճառով.
Գազի պիտնիզմը չափում է իրական խտությունը, Մինչ թակել խտությունը չափում է մեծ քանակությամբ խտություն.
Ինչպես է սառը աշխատանքը ազդում նիկելի խտության վրա?
Սառը աշխատող (օր., շարժակազմ, դավաճանություն) Մի փոքր մեծացնում է նիկելի խտությունը (0,1-0.2%) Նվազեցնելով վանդակավոր թերությունները (տեղաշարժեր) եւ սեղմելով ձայնագրությունները.
Օրինակ, Սառը գլորված նիկելը ունի խտություն ~ 8,92 գ / սմ, vs. 8.908 G / CM³ annealed նիկելի համար.
Nickel- ի խտությունն ավելի բարձր է, քան մյուս ընդհանուր մետաղները?
Այո. Նիկելը ավելի խիտ է, քան ալյումինը (2.70 գ / սմ), երկաթ (7.87 գ / սմ), եւ տիտան (4.51 գ / սմ) բայց պղնձից պակաս խիտ (8.96 գ / սմ), փող (8.4-8,7 գ / սմ), եւ վոլֆրամ (19.3 գ / սմ).
Կարող է խտությունը օգտագործվել նիկելը կեղծ մետաղներից տարբերելու համար?
Այո. Օրինակ, Նիկելապատ պողպատ (խտություն ~ 7.9 գ / սմ) ունի ավելի ցածր խտություն, քան մաքուր նիկելը (8.908 գ / սմ), Archimedes- ի սկզբունքը կեղծիքներ հայտնաբերելու պարզ միջոց է (օր., կեղծ նիկելի մետաղադրամներ).
Որն է նիկելի խտությունը տարածության մեջ (վակուում, Ծայրահեղ ջերմաստիճան)?
Վակուումում, Խտությունը անպտուղ է (միայն ջերմաստիճանը եւ ճնշման նյութը). Cryogenic ջերմաստիճանում (-200° C), Նիկելի խտությունը մեծանում է մինչեւ 8,95 գ / սմ (վանդակապատերի կծկման պատճառով).
Microgravity- ում, Խտության չափումը վարդապետների սկզբունքի միջոցով անհնար է, փոխարենը օգտագործվում է xrd- ը.
