纯镍具有优异的耐腐蚀性,尤其是耐苛性碱的腐蚀性,电磁性能高,焊接性能和加工性能优异,广泛应用于化工、电子、机械等领域。目前常用的纯镍牌号为N4、N6,其中的杂质元素主要为Cu、Fe、Si、C、Mg、Mn,其余为有害元素S以及Pb、Bi等低熔点金属夹杂元素,以上两个牌号中N4与N6的力学性能指标不同,后者强度要求高于前者。纯镍强化手段一般只有形变强化和细晶强化。纯金属中一些杂质元素的含量会影响其性能。其主要影响机制是,一些元素起到细化晶粒的作用,而另一些元素则形成一些化合物或第二相,起到强化钉子的作用。纯镍中含有大量的杂质元素,需要采用数理统计方法进行综合比较和验证,以确定具有强化作用的元素。
上海升镍重工机械集团有限公司通过收集大量纯镍板的机械性能数据和相应的铸锭化学成分,我们可以研究它们之间的关系。该批次纯镍板采用相同的加工和热处理工艺参数,消除了这一方面的影响。结合标准的要求,选取Cu、Fe、Si、C、Mg、Mn六个主要的杂质元素,其它的元素均为有害杂质元素。
对采集的数据应用Minitab的多元回归分析:强度Rm作为响应,Cu,Si,Mn,Mg,Fe,C含量作为变量。分析结果见表1。
回归分析结果可以表面杂质元素与纯镍的强度有一定的关系,P值0.05。具体到各元素的P值,剔除了P0.1的元素Si、Mn、Fe、Cu。
碳在纯镍中是必然存在的,碳在镍中容易形成碳化物,在纯镍的凝固过程中存在于晶间,允许少量存在。碳元素直接影响到材料的强度、塑性、韧性和焊接性能以及耐腐蚀性能。随着碳含量的增加,金属的强度和硬度增加。但大量的存在会对性能产生不利影响。含碳的纯镍中易形成NiC,为一种亚稳相,在一些高温气氛的情况下及一定条件下会发生分解而导致石墨化,使得晶界弱化呈现脆性。见图1、表2为一种高碳的纯镍在天然气炉加热后出现了石墨化导致晶界弱化,发生脆断现象。
与此同时,高碳含量会对纯镍的耐腐蚀性产生影响,碳化物容易富含对耐腐蚀性有效的元素,导致某些地区出现贫困。试验结果表明,高碳和低碳纯镍的腐蚀率相差数倍,影响显著。因而纯镍在冶炼时要严格控制碳含量,以保证良好的综合性能。
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