ZAVARLJIVOST NIKL LEGURA

Ni je po svojim mehaničkim i magnetskim svojstvima sličan Fe jer je u periodičnom sistemu elementa blizak Fe. Dobra svojstva su mu antikorozivnost, vatrootpornost (otpornost na oksidaciju pri visokim temperaturama), čvrstoća na visokoj temperaturi i otpor na puzanje. Zato se Ni i Ni - legure koriste u kemijskoj i naftnoj industriji, parnim i plinskim turbinama, industrijskim pećima za električne otpornike, u elektronici i drugim granama tehnike.

Ni ima plošnu centriranu kubnu rešetku odnosno austenitnu strukturu, pa su mu svojstva slična austenitnim čelicima. Struktura Ni i Ni- legura je austenitna od sobnih temperatura do tališta, pa nije moguće toplinskom obradom smanjiti zrno. Zrno se može usitniti hladnom deformacijom i naknadnom toplinskom obradom. Austenitna struktura posjeduje dobru istezljivost i zavarljivost.

Tablica. Fizikalna svojstva Ni

Tt – Talište

°C

1453

g - Gustoća (20 °C)

g cm-3

8.9

a - Koef. linearnog istezanja (0-100 °C)

10-6K-1

13.3

l - Koef.toplinske vodljivosti (0-100 °C)

Wm-1 K-1

0.088

c - Spec. toplinski. kapacitet (0-100 °C)

J kg-1 K-1

0.46

r - Specifični električni otpor (20 °C)

W mm2 m-1

0.068

E - Modul elestičnosti (20 °C)

MPa

224000

Cu i Ni imaju međusobnu potpunu rastvorljivost. U periodičnom sistemu elemenata imaju redne brojeve 28 i 29. Fe i Co se rastvaraju u Ni do 40%, a Mo do 20%. Svi ovi elementi tvore supstitucijske kristale mješance.

S, P, Mg, Pb, Zr i B su praktički nerastvorivi u Ni, pa izazivaju eutektičku reakciju, koja može lako uzrokovati vruće pukotine. Mo, Mn, Si, C, Nb, Al i Ti nemaju posebnih utjecaja u Ni legurama. U malim količinama ovi elementi mogu povoljno utjecati na zavarljivost, ali u većim količinama mogu uzrokovati vruće pukotine.

Ugljika u Ni - legurama obično ima 0.01-0.15%. Pri radnim temperaturama 315-760 °C izlučuje se na granicama kristala grafit, koji predstavlja pukotine. Zato je potrebno držati C< 0.02% ili stabilizirati s Ti. Ako je prisutan Cr, mogu se rastvoriti karbidi na granicama zrna, slično kao kod visokolegiranih čelika s Cr, no smanjenje antikorozivnosti je manje nego kod antikorozivnih čelika. Samo kod jako agresivnih medija dolazi do interkristalne korozije.

Koeficijent linearnog istezanja Ni je vrlo blizak nelegiranom i mikrolegiranom feritnom čeliku, pa se koristi za platiranje i međuslojeve različitih čelika. Elektrode od Ni ili monel - legure koriste se za hladno zavarivanje sivog lijeva.

Utjecaj pojedinih elemenata na zavarljivost

Što je više Al i Ti to je čvrstoća viša, a zavarljivost slabija.

Za primjer navedimo da je granica razvlačenja Monel 400 legura 280 MPa, a Monel K-500 s dodatkom Al i Ti nakon termičke obrade dozrijevanjem dvostruka - 560 MPa.

Dodaci Mo i Co povećavaju čvrstoću na povišenim temperaturama. Njihov utjecaj na zavarljivost je malen. Ovakove legure se koriste za dijelove plinskih turbina, aviona i svemirskih brodova.

Vrste Ni i Ni - legura

Sa stajališta postizanja čvrstoće Ni legure se mogu podijeliti u dvije grupe:

I. Legure koje postižu mehanička svojstva (čvrstoću) legiranjem elementima koji se rastvaraju u krutom stanju tvoreći s Ni supstitucijske kristale mješance. Prema USA normama to su materijali grupe 200, 400, 600 i 800.

II. Legure, koje postužu mehanička svostva (očvršćavaju) nakanadnom termičkom obradom - dozrijevanjem (starenjem). Prema USA normama to su materijali grupe 300, 500, 700 i 900.

Tipični materijali grupe I:

Tip

USA Grupa

Primjer sastava

Naziv

Ni 99-99.8

200

99.5 Ni

NIKL

Ni-Cu

400

66.5Ni 31.5Cu

MONEL 400

Ni-Cr

600

76Ni 16 Cr 8Fe

INCONEL 600

Ni-Cr-Fe

800

32.5 Ni 21 Cr 46Fe

INCOLOY 800

Ni-Mo

 

61 Ni 28 Mo 2.5Co

HASTELLOY B

Ni-Cr-Mo

 

54 NI 15.5 Cr 16 Mo

HASTELLOY C

Ni-Si

 

82 NI 9Si 3Cu

HASTELLOY D

Tipični materijali grupe II:

Tip

USA Grupa

Primjer sastava

Naziv

Ni-Cu

500

66.5 Ni 29.5 Cu 2.73 Al 0.6 Ti

MONEL K-500

Ni-Cr

500

52Ni 19Cr 3Al 3Ti 4 Mo 19Co

UDIMET 500

Ni-Fe-Cr

900

42.7Ni 34Fe 13.5Cr 0.25Al 2.5Ti 6.2Mb

INCOLOY 901

Materijali II grupe postižu očvršćavanje naknadnom termičkom obradom, a pojava očvršćavanja je omogućena dodacima Al, Ti i eventualno Nb.

Zavarljivost

Ni i Ni-legure su dobro zavarljive. Glavni problemi koji se mogu javiti pri zavarivanju su:

a) Tople pukotine mogu biti uzrokovane prisutnošću: S, Pb, P, Bi i drugih niskotaljivih elemenata. Nečistoće ovih elemenata s površine interkristalno prodiru u unutrašnjost strukture i uzrokuju pukotine. Potrebno je brižljivo odmašćivanje i čišćenje rubova četkanjem četkama od nerđajućeg austenitnog čelika u širini oko 25 mm sa svake strane zavara, jer će te zone biti zagrijavane zavarivanjem.

Kod T > 400 °C Ni se veže sa S u sulfid Ni3S2 i stvara se eutektik Ni - Ni3S2 s talištem 637°C. Jako je opasan plamen sa sadržajem S (plamen mazuta napr.), kad se razvijaju SO2, H2S i drugi plinovi.

b) Poroznost je uzrokovana prisustvom plinova: H, O, N, CO. Rastaljeni Ni otapa 2 puta više vodika, nego austenitni CrNi čelik, a 3 puta više nego obično konstrukcijski čelik. Čistoća rubova, zaštitnog plina i držanje kratkog luka pri zavarivanju spriječavaju poroznost.

c) Oksidna kožica smeta pri zavarivanju, budući da Ni oksid ima višu točku taljenja, pa dolazi do greške vezivanja i oksidnih uključaka. Debeo sloj oksida se stvara pri zavarivanju, toplinskim obradama i toplinskim operacijama. Prije zavarivanja preporučuje se odstranjivanje oksida sa površine brušenjem, pjeskarenjem ili kemijskim nagrizanjem kiselinama.

Zavarivanje Ni i Ni legura je moguće svim postupcima zavarivanja koji se koriste za čelike. Više pažnje treba pri zavarivanju legura, koje se očvršćavaju termičkom obradom.

Otvor žlijeba treba biti nešto više otvoren, jer se rastaljena Ni legura ne širi i ne vlaži rubove kao u slučaju zavarivanja čelika.

Čistoća materijala pri zavarivanju i toplinskoj obradi je veoma važna, pa ove operacije smiju započeti tek nakon temeljitog čišćenja od stranih materijala. Ni legure su osjetljive na prisustvo S, P, Cl, Bi, Pb i nekih drugih niskotaljivih materijala. Budući da su ovi elementi često prisutni u ulju, mastima, bojama, sredstvima za obilježavanje (markeri), uljima za hlađenje pri obradi odvajanjem čestica, radioničkoj prašini, potrebno je potpuno očistiti sve površine, koje će biti zagrijavane za zavarivanja ili druge toplinske operacije.

Potrebno je i trosku poslije zavarivanja brižljivo očistiti, a posebno ako zavar radi na visokim temperaturama, jer se u troski sakuplja sumpor. Također, kod zavarivanja legura koje očvršćavaju naknadnom termičkom obradom, stvaraju se od elemenata koji omogućavaju očvršćivanje, oksidi s visokom temperaturom taljenja, pa ove okside treba brižljivo čistiti, da ne dođe do grešaka vezanja i uključaka oksida.

Oksidi se moraju odstraniti s površina, koje se zavaruju, jer imaju višu tališnu temperaturu nego osnovni materijal, pa može doći do greške vezivanja, nepotpune penetracije ili uključaka oksida. Oksidi se odstranjuju brušenjem, pjeskarenjem (sačmanjem), kemijskim sredstvima ili obradom odvajanjem čestica. Rotirajuće četke neće uvijek moći odstraniti okside, no ako se koriste trebaju biti od nerđajućeg čelika. Svi alati koji se koriste trebaju biti čisti. Ne smiju se prije koristiti za druge materijale, jer će zaostale čestice drugih matala na alatu uzrokovati onečišćenje zavara. Čestice željeza mogu uzrokovati onečišćenje zavara. Čestice željeza mogu uzrokovati onečišćenje zavara i koroziju.

Masnoće i prljavštinu treba s površina rubova, koji se zavaruju, kao i sa žica - dodatnog materijala odstranjivati alkoholom ili acetonom i brisanjem čistim krpama, koje ne ostavljaju niti. Prljava krpa može uzrokovati pukotine na površini.

Unošenje dodatne topline predgrijavanjem, među prolaznom temperaturom i prevelikim toplinskim inputom izvora topline nije potrebno, no nije niti jako štetno. Bolje je raditi s manjim unošenjem topline. Preveliko unošenje topline može uzrokovati likvaciju, izlučivanje i druge metalurgijeske pojave, koje mogu rezultirati pukotinama na osnovnom materijalu.

Ako je osnovni materijal hladan, preporučuje se zagrijavanje na 20 °C da bi se izbjegla kondenzacija vlage, koja može uzrokovati poroznost zavara.

Ako se radi s velikim unošenjem topline ili visokom temperaturom među prolazima, a uz slabu zaštitu inertnog plina može doći do stvaranja debelog sloja oksida, koji uzrokuje različite greške i grubu površinu zavara.

Zavarivanje treba provoditi bez predgrijavanja (izuzev u početku za odstranjenje kondenzirane vlage) uz što niži toplinski input i ograničiti međuslojnu temperaturu napr. na 100 °C. Ako je potrebno, zavar se može hladiti vodom.

Dodatni materijal se izabire po sasatavu što bliže osnovnom. Kod legura koje postižu višu čvrstoću termičkom obradom nećemo moći uvijek postići ista svojstva zavara bez termičke obrade. Luk treba držati što kraći (1-2mm). Korjensku stranu zavara treba štititi argonom.

Često se Ni i Ni legure koriste za platiranje navarivanjem.

Termička obrada se mora provoditi u atmosferi bez sumpora (mazut ili gorivo ulje manje od 0,2%, a plin manji od 0,2 g na m3).

Povratak na početnu stranicu - povratak na popis pitanja iz Zavarivanja I !!