Nickel

Hochschmelzendes, silberweißes, polierfähiges Schwermetall.

SymbolNi
Ordnungszahl28
Atomgewicht58,69
spezifisches Gewicht bei 20° C8,9 g/cm3
Schmelzpunkt1455° C
Siedepunkt2910° C
Schmelzwärme306 kJ/kg
spezifische Wärmekapazität bei 20° C0,445 kJ/(kg · K)
Wärmeleitfähigkeit90 kJ/(m · K)
therm. Längenausdehnungskoeffizient13 10-6/K

Nickel ist ferromagnetisch und besitzt eine hohe Korrosionsbeständigkeit. In dieser Hinsicht ist es Kupfer überlegen. Als Hauptbestandteil zahlreicher Nickellegierungen wird es auch Legierungselement im Gusseisen und Stahl sowie in vielen Kupfer- und Leichtmetall-Legierungen verwendet.

Nickel im Stahl
Nickel ist im γ-Eisen in beliebigen Mengenverhältnissen löslich, im α-Eisen beträgt die Löslichkeit 10 %. Durch Bildung von Mischkristallen erhöht Nickel die Festigkeit und Zähigkeit des Ferrits und verbessert leicht die Härtbarkeit des Austenits. Bei höheren Kohlenstoffgehalten begünstigt Nickel die Unterkühlbarkeit des Austenits. Bei Zugabe von Nickel bildet sich im Stahl eine lückenlose Mischkristallreihe, d. h. eine Neigung zur Entstehung Intermetallischer Verbindungen besteht also nicht. Da Nickel die Temperatur der Umwandlung von γ- in α-Eisen stark herabsetzt, sind Stähle dieser Art mit mehr als 30 % Ni auch nach langsamer Abkühlung bei Raumtemperatur rein austenitisch. Nickel ist kein Karbidbildner und tritt im Stahl fast nur in fester Lösung auf.

Nickel hat keinen merklichen Einfluss auf die Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs im Austenit. Die Diffusionsgeschwindigkeit des Nickels, die selbst weit geringer ist, kann aber durch Änderung des Kohlenstoffgehaltes beeinflusst werden.

Nickel im Gusseisen
Nickel löst sich im Eisen in beliebigem Mengenverhältnis. In Gusseisen wirkt es leicht grafitisierend, stabilisiert aber auch den Perlit und verringert den Gehalt an freiem Ferrit. Damit wirkt Nickel im Gusseisen auch in Richtung auf ein einheitliches Gefüge und gleichmäßigere andere Eigenschaften. Teile aus nickelhaltigem Gusseisen erstarren homogen, und ihre Härte weist in dickeren und dünneren Querschnitten nur geringe Unterschiede auf.

Kleinere Nickelzusätze von etwa 0,1 bis 1,0 % führen zu einer feinen Ausbildung des Perlits; bei höheren Nickelgehalten kommt es zur Bildung von Martensit und Austenit. Der fein ausgebildete, beständige Perlit hat eine gute Bearbeitbarkeit und Härte des Gusseisens zur Folge.

Wegen ihres gleichmäßigen Gefüges und der erhöhten Dichte verwendet man nickellegierte Eisen gern für große Gussteile in der chemischen Industrie, vor allem deshalb, weil grafitisierte Stellen und sonstige Gefügeinhomogenitäten, die die Korrosionsbeständigkeit herabsetzen, weitgehend fehlen.

Nickel hat nur etwa ein Drittel der Grafitisierungswirkung von Silizium. Es ist daher ratsam, in nickellegierten Gusseisen den Siliziumgehalt niedrig zu halten, falls die Grafitisierung in Grenzen gehalten werden soll. In der Gießerei ist eine solche Maßnahme jedoch nicht immer möglich, daher wird in solchen Fällen außerdem, wenn möglich, Chrom zugesetzt.

Eine Impfung von Gusseisen mit einer Nickel-Silizium-Legierung führt zu einer feinen Grafitausbildung und erhöht die Festigkeit.

Ni-Resist ist ein Gusseisen mit hohen Gehalten an Nickel und Kupfer, so dass das austenitische Gefüge sehr beständig ist. Von diesem Gefüge hängen eine Reihe besonderer physikalischer und mechanischer Eigenschaften ab. Ni-Resist hat gute Korrosionsbeständigkeit, vor allem in schwach alkalischen Lösungen, und gute Wärmebeständigkeit bei nicht zu hohen Temperaturen. Mit Nicrosilal wird ein nickellegiertes, austenitisches Gusseisen bezeichnet, das vorzügliche Hitzebeständigkeit auch bei hohen Temperaturen aufweist. Zusätze von Molybdän drängen die Umwandlung des Gusseisens in der Perlitstufe zurück und fördern die Bildung von nadeligem Zwischenstufengefüge (im angelsächsischen Schrifttum häufig mit "acicular bainite" bezeichnet). Ni-Hard ist ein weiß erstarrendes verschleißbeständiges Gusseisen mit Nickel. Der Nickelgehalt ist groß genug, um die Bildung einer martensitischen Grundmasse im Gusszustand zu gewährleisten. Zu hohe Gehalte an Nickel können Restaustenitanteile zur Folge haben.


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