Mantais Nickel

Trosolwg o ddur di-staen sy'n cynnwys nicel

Nid un deunydd sengl yw dur gwrthstaen; mae yna bum teulu, pob un yn cynnwys llawer o raddau. Mae nicel yn ychwanegiad aloi pwysig mewn bron i ddwy ran o dair o'r dur gwrthstaen a gynhyrchir heddiw.

Cromiwm yw'r elfen aloi allweddol sy'n gwneud duroedd gwrthstaen yn 'ddi-staen'. Mae angen ychwanegu mwy na 10.5 y cant at ddur i ganiatáu i'r ffilm ocsid amddiffynnol ffurfio sy'n darparu ei wrthwynebiad cyrydiad a'r ymddangosiad disglair, ariannaidd. Yn gyffredinol, y mwyaf yw faint o gromiwm a ychwanegir, yr uchaf yw'r gwrthiant cyrydiad. Gwnaethpwyd y darganfyddiad hwnnw ychydig dros ganrif yn ôl. Roedd rhai o'r duroedd di-staen cynnar hefyd yn cynnwys nicel, gan arwain at well priodweddau, ac mae graddau sy'n cynnwys nicel wedi bod yn cael eu defnyddio ers hynny. Heddiw, er y gellir ystyried bod nicel yn ychwanegiad aloi cost gymharol uchel, mae tua dwy ran o dair o'r tunelledd o ddur gwrthstaen a gynhyrchir bob blwyddyn yn cynnwys nicel. Beth yw rôl nicel a pham ei fod yn cael ei ddefnyddio mor helaeth?

Prif swyddogaeth y nicel yw sefydlogi strwythur austenitig y dur ar dymheredd yr ystafell ac is. Mae'r strwythur austenitig hwn (hy grisial ciwbig wyneb-ganolog) yn arbennig o galed a hydwyth. Mae'r rheini, ac eiddo eraill, yn gyfrifol am amlochredd y gwahanol raddau o ddur gwrthstaen. Mae alwminiwm, copr, a nicel ei hun yn enghreifftiau da o fetelau â strwythurau austenitig.

Mae'r isafswm o nicel a all sefydlogi'r strwythur austenitig ar dymheredd ystafell oddeutu 8 y cant, a dyna pam mai dyma'r ganran sy'n bresennol yn y radd fwyaf o ddur gwrthstaen, sef Math 304. Mae Math 304 yn cynnwys cromiwm 18 y cant ac 8 y cant. nicel ac yn aml cyfeirir ato fel 18/8. Y cyfansoddiad hwnnw oedd un o'r cyntaf i gael ei ddatblygu yn hanes dur gwrthstaen, ar ddechrau'r ugeinfed ganrif. Fe'i defnyddiwyd ar gyfer planhigion cemegol ac i orchuddio Adeilad eiconig Chrysler yn Ninas Efrog Newydd, a gwblhawyd ym 1929.

Defnyddiwyd manganîs gyntaf fel ychwanegiad at ddur gwrthstaen yn y 1930au. Datblygwyd y gyfres 200 o raddau austenitig isel-nicel ymhellach yn ystod y 1950au, pan oedd nicel yn brin. Mae gwelliannau mwy diweddar mewn arferion toddi wedi caniatáu ychwanegu mwy o nitrogen dan reolaeth, asiant ffurfio austenite cryf. Er y gallai hyn awgrymu y gellir disodli'r holl nicel gyda'r strwythur yn parhau i fod yn austenitig, fodd bynnag, nid yw mor syml â hynny; mae'r holl raddau austenitig uchel-manganîs sydd ar gael yn fasnachol heddiw yn dal i gael ychwanegiadau bwriadol o nicel. Mae gan lawer hefyd gynnwys cromiwm is er mwyn cynnal y strwythur austenitig. Fodd bynnag, mae'r dull hwn yn lleihau ymwrthedd cyrydiad yr aloion hyn o'i gymharu â'r graddau nicel safonol 300 cyfres.

Wrth i gyfanswm cynnwys ffurfwyr austenite gael ei leihau, mae strwythur y dur gwrthstaen yn newid o austenite 100 y cant i gymysgedd o austenite a ferrite (grisial ciwbig corff-ganolog); dyma'r duroedd di-staen deublyg. Mae'r nicel yn parhau i sefydlogi strwythur y cyfnod austenite. Mae'r holl raddau deublyg sy'n fasnachol bwysig, hyd yn oed y 'dwplecs main', yn cynnwys 1 y cant neu fwy o nicel fel ychwanegiad bwriadol. Mae gan y mwyafrif o ddur di-staen deublyg gynnwys cromiwm uwch na'r graddau austenitig safonol; y mwyaf yw'r lefel cromiwm cymedrig, y mwyaf yw'r rhaid i'r cynnwys nicel lleiaf fod. Mae hyn yn debyg i'r achos ar gyfer y gyfres 200.

Mae strwythur dau gam y graddau deublyg yn eu gwneud yn gryfach yn eu hanfod na graddau austenitig cyffredin. Mae eu cynnwys cromiwm ychydig yn uwch hefyd yn rhoi ymwrthedd cyrydiad ychydig yn well iddynt o'i gymharu â graddau safonol. Er bod nodweddion eraill i'w hystyried, mae'r graddau deublyg wedi dod o hyd i rai cymwysiadau arbenigol gwerthfawr.

Mae lleihau'r cynnwys nicel ymhellach - hyd yn oed i ddim - yn darparu graddau heb unrhyw austenite o gwbl. Mae gan y rhain strwythur cwbl ferritig. Mae strwythur dur ferritig hefyd ar dymheredd amgylchynol.

Nid yw'r holl raddau ferritig yn hollol ddi-nicel. Gwyddys bod nicel yn gostwng y tymheredd pontio hydwyth-i-frau (DBTT), hy y tymheredd y mae'r aloi yn mynd yn frau oddi tano. Mae'r DBTT hefyd yn swyddogaeth o ffactorau eraill, megis maint grawn ac ychwanegiadau aloi eraill. Serch hynny, mae rhai o'r graddau uwch-ferritig aloi uchel yn cynnwys ychwanegiad bwriadol o nicel i wella'r DBTT, yn enwedig weldio.

Yn wahanol i'r graddau austenitig, gellir caledu'r graddau martensitig trwy driniaeth wres. Fodd bynnag, mae rhai yn cynnwys nicel, sydd nid yn unig yn gwella caledwch ond sydd hefyd yn galluogi'r dur i fod â chynnwys cromiwm uwch, sydd yn ei dro yn rhoi mwy o wrthwynebiad cyrydiad. Mae'r driniaeth wres galedu yn cynnwys cynhesu i dymheredd penodol ac yna diffodd y deunydd, ac yna gweithrediad tymherus.

Yn olaf, gall y graddau caledu dyodiad (PH) hefyd ddatblygu cryfder uchel trwy driniaeth wres. Mae yna nifer o deuluoedd o raddau PH, ond mae pob un yn cynnwys nicel. Yn wahanol i'r teulu martensitig nid yw'r driniaeth wres yn cynnwys cam diffodd.