Lưu huỳnh có độ hòa tan cực thấp trong nền niken và có xu hướng phản ứng với các nguyên tố hợp kim (như Ni, Fe, Cr) để tạo thànhsunfua điểm-nóng chảy{1}}thấp(ví dụ: Ni₃S₂, CrS, FeS). Điểm nóng chảy của các sunfua này thường nằm trong khoảng 600–900 độ , thấp hơn nhiều so với nhiệt độ làm việc nóng của hợp kim gốc niken (1000–1200 độ ).
Trong quá trình xử lý nóng (ví dụ rèn, cán, ép đùn), các sunfua này sẽ tan chảy trước tiên, tạo thành màng chất lỏng dọc theo ranh giới hạt. Lớp màng này làm suy yếu lực liên kết giữa các hạt, dẫn đếnvết nứt giữa các hạtkhi hợp kim chịu tác dụng của ứng suất bên ngoài. Hiện tượng này được gọi làđộ giòn nóng, điều này làm giảm nghiêm trọng độ dẻo khi gia công nóng của hợp kim và gây ra các khuyết tật trong quá trình xử lý như vết nứt và vết nứt.
Khi hàm lượng lưu huỳnh vượt quá giới hạn, các hạt sunfua mịn sẽ kết tủa dọc theo ranh giới hạt hoặc trong nền. Những hạt này hoạt động như nguồn tập trung ứng suất. Khi hợp kim chịu va đập hoặc chịu tải-ở nhiệt độ thấp, các vết nứt nhỏ có xu hướng hình thành và lan truyền xung quanh các hạt sunfua, dẫn đến độ cứng của hợp kim giảm mạnhĐộ bền va đập CharpyVàđộ dẻo dai gãy xương.
Đối với hợp kim gốc niken-được sử dụng trong môi trường-nhiệt độ thấp hoặc đông lạnh (ví dụ: thiết bị sử dụng khí tự nhiên hóa lỏng), việc tăng hàm lượng lưu huỳnh sẽ làm tăng đáng kể nguy cơ gãy giòn.
Sunfua không đồng nhất về mặt điện hóa với nền niken. Trong môi trường ăn mòn (chẳng hạn như dung dịch chứa clorua, môi trường axit), một tế bào điện được hình thành giữa các hạt sunfua và nền. Các sunfua hoạt động như cực dương và ăn mòn tốt hơn, dẫn đến sự hình thành ăn mòn rỗ.
Ngoài ra, sự kết tủa sunfua ở ranh giới hạt sẽ phá hủy tính liên tục của màng thụ động (Cr₂O₃) trên bề mặt hợp kim, làm giảm khả năng chống ăn mòn giữa các hạt và nứt ăn mòn ứng suất (SCC) của hợp kim. Hiệu ứng này đặc biệt rõ ràng trong môi trường nước-nhiệt độ cao và áp suất-nước cao (ví dụ: hệ thống làm mát lò phản ứng hạt nhân).
Phốt pho là một chất điển hìnhphần tử phân chia ranh giới hạt. Ngay cả ở mức vết, nó có xu hướng phân tách ở ranh giới hạt của hợp kim gốc niken-trong quá trình hóa rắn hoặc xử lý nhiệt, thay vì hòa tan đồng đều trong nền.
Sự phân ly lân ở ranh giới hạt làm giảm sự liên kết của các nguyên tử ở ranh giới hạt, khiến ranh giới hạt trở thành liên kết yếu của hợp kim. Ở nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ thấp, khi hợp kim chịu ứng suất kéo hoặc uốn, các vết nứt có xu hướng hình thành và lan truyền dọc theo ranh giới hạt phân tách-photpho, dẫn đếngãy giòn giữa các hạt. Hiện tượng này được gọi làđộ giòn lạnh, dẫn đến độ giãn dài và giảm diện tích của hợp kim giảm đáng kể.
Trong quá trình hàn hợp kim gốc niken-, phốt pho sẽ phân tách ở ranh giới hạt của kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt-(HAZ) do nguội nhanh. Phốt pho tách ra làm giảm độ bền ranh giới hạt của mối hàn và tăng độ nhạy cảm vớivết nứt đông đặc mối hànVàvết nứt hóa lỏng.
Đối với các mối hàn hợp kim niken-được sử dụng trong các thiết bị quan trọng (ví dụ: lò phản ứng hóa học, máy tạo hơi nước hạt nhân), các vết nứt hàn do phốt pho- gây ra có thể làm giảm nghiêm trọng tuổi thọ sử dụng và độ an toàn của thiết bị, thậm chí dẫn đến tai nạn thảm khốc.
Đối với hợp kim dựa trên niken-được áp dụng trong môi trường có nhiệt độ-cao (ví dụ: cánh tuabin động cơ aero{4}}, các bộ phận của lò công nghiệp), sự phân tách phốt pho ở ranh giới hạt sẽ đẩy nhanh quá trìnhtrượt ranh giới hạtdưới áp lực nhiệt độ-cao-cao trong thời gian dài. Điều này làm tăng tốc độ biến dạng dão của hợp kim và rút ngắn tuổi thọ đứt gãy của leo.
Ngoài ra, phốt pho có thể thúc đẩy sự phát triển của cacbua ranh giới hạt, phá hủy hiệu ứng ghim của cacbua lên ranh giới hạt và làm giảm hơn nữa độ ổn định cấu trúc ở nhiệt độ cao của hợp kim.
Trong sản xuất công nghiệp, hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho trong hợp kim gốc niken-được kiểm soát chặt chẽ theo các kịch bản ứng dụng:
Đối với các hợp kim làm từ niken-chống ăn mòn nói chung (ví dụ: Hastelloy C276, Inconel 625), hàm lượng S và P thường được giới hạn ởNhỏ hơn hoặc bằng 0,01%.
Đối với các hợp kim dựa trên-niken{1}}hiệu suất cao được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ, năng lượng hạt nhân và các lĩnh vực khác (ví dụ: Inconel 718, Waspaloy), hàm lượng S và P bắt buộc phải đạtNhỏ hơn hoặc bằng 0,005%để đảm bảo tính chất cơ học cực cao và an toàn dịch vụ.
Kiểm soát chặt chẽ tạp chất lưu huỳnh và phốt pho là mắt xích quan trọng trong quá trình nấu chảy và xử lý hợp kim dựa trên niken,-quyết định trực tiếp liệu hợp kim có thể đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất của các ứng dụng kỹ thuật quan trọng hay không.
