ЧТО ТАКОЕ НИКЕЛЯ СПЛАВЫ
[no_toc]
Никелевые сплавы на основе твердых растворов характеризуются достаточно высокими магнитными и электрическими св-вами жаростойкостью и коррозионной стойкостью. По коррозионной стойкости в соляной, серной и фосфорной к-тах различной концентрации (при т-рах, близких к т-рам кипения), а также в хлорпроизводных органических соединениях никелевые сплавы превосходят коррозионностойкие стали.
Наибольшую коррозионную стойкость сплавы приобретают после закалки на твердый раствор с т-ры 1050—1150° С. Некоторые элементы (алюминий, титан, ниобий, тантал, бериллий, гафний и др.) ограниченно растворимы в никеле. Сложно легированные никелевые сплавы, содержащие такие элементы, существенно упрочняются в процессе распада пересыщенных твердых растворов и используются в качестве жаропрочных сплавов.
У всех никеля сплавы гране-центрированная кубическая решетка. Никелевые сплавы подразделяют на конструкционные, электротехнические, сплавы с свойствами никеля сплавов особыми физ. и хим. св-вами, жаростойкие и жаропрочные. Конструкционные Н. с, кроме монель-металла, относятся к низколегированным. Они отличаются высокими эмиссионными св-вами, повышенной мех. прочностью и коррозионной стойкостью, поддаются всем видам мех. обработки даже в холодном состоянии.
Применение сплавов
Применяют их в электронной технике. Никель марганцовистый, кроме того, используют для изготовления свечей автомобильных, авиационных и тракторных двигателей. Монель-металл характеризуется высокими мех. св-вами и коррозионной стойкостью в воде, к-тах, крепких щелочах, на воздухе, он сохраняет прочность и пластичность при очень низких т-рах и при нагреве до т-ры 400° С.
Его применяют в приборостроении, хим. аппарато-строении и др. К электротехническим никелевые сплавы, обладающим большими электродвижущей силой, электрическим сопротивлением и высокой жаростойкостью, относятся термоэлектродные сплавы и сплавы омического сопротивления.
Термоэлектродными являются сплавы алюмель и хромель. Применяют такие сплавы в электротехнической пром-сти и в лабораторной технике. Из них изготовляют термопары для измерения т-ры (до 1000° С при длительном применении и до 1300° С — при кратковременном. Сплавы омического сопротивления подразделяют на сплавы для резисторов, тензорезисторов, электр. нагревателей и терморезисторов.
К сплавам омического сопротивления относятся нихром и ферронихром, а также сплавы марок Н80ХЮД, ЭП277 Х20Н75Ю, Н63ГХ и НМ23ХЮ, из к-рых изготовляют резисторы прецизионных измерительных приборов и жаростойкие тензорезисторы. Нихром и ферронихром характеризуются высоким электр. сопротивлением и жаростойкостью. Из них изготовляют реостаты и электр. нагреватели. Удельное электр. сопротивление нихромов и ферронихромов 1,06—1 16 ом х мм2/м (при комнатной т-ре).
С повышением т-ры оно возрастает . Оптимальный рабочий интервал т-р резисторов из сплавов марок Н80ХЮД, ЭП277, Х20Н75Ю, Н63ГХ и НМ23ХЮ изменяется от —196 до + 500° С, удельное электр. сопротивление сплавов 1,3—1,6 ом • мм2/м, температурный коэфф. электр. сопротивления ± 3 • 10-5 град-1.
Тензо-чувствительность этих сплавов близка к 2,0 (при комнатной т-ре) и снижается не более чем на 5% при нагреве до т-ры 500° С. В качестве сплавов для электр. нагревателей используют нихром марок Х20Н80 и Х20Н80-Н (оптимальная рабочая т-ра этих сплавов соответственно 1050 и 1150° С) и ферронихром марок Х15Н60 и Х15Н60-Н (оптимальные рабочие т-ры 950 и 1050° С).
Магнитно мягкие сплавы никеля
В качестве терморезисторного применяют сплав марки Н50К10, представляющий собой твердый раствор и содержащий 50—52% Ni, 10—11% Со, 37—40% Fe (примесей не более 0,5%). Предельная рабочая т-ра его 500° С. Н. с. с особыми физ. и хим. св-вами включают магнитно-мягкие и коррозионностойкие сплавы со структурой твердого раствора.
Магнитно-мягкие никеля сплавы получают при легировании никеля железом. Чтобы создать определенное сочетание магн., электр. и мех. св-в, сплавы системы никель — железо дополнительно легируют молибденом, хромом, медью, ванадием, вольфрамом и кремнием.
Магнитно-мягкие сплавы с наивысшей магнитной проницаемостью в слабых полях (пермаллои) содержат 70—85% Ni. Они обладают высокой начальной —(20— 100) 103 гс/э — и максимальной — (100—1000) 103 г/сэ — магн. проницаемостью, малой коэрцитивной силой (0,05—0,003 э). Для изготовления сердечников магнитопроводов используют молибденовый пермаллой марки 79НМ.
Различают магнитно-мягкие никелевые сплавы с высоким значением магнитной проницаемости и повышенным удельным сопротивлением (сплав марки 80НХС) и с повышенной температурной стабильностью максимальной проницаемости в климатическом интервале т-р (— 60° С) ÷ (+ 60° С) (сплав марки 76НХД).
Магнитно-мягкий сплав марки 50HXG отличается высокой максимальной магнитной проницаемостью (15 000 — 100 000 гс/э) и повышенным удельным электр. сопротивлением (0,9—1 ом • мм2/м). Железоникелевый сплав марки 50Н характеризуется высокой индукцией насыщения (не менее 15 000 гс) и повышенным значением магн. проницаемости (начальная — от 2000 до 5000 гс/э, максимальная — от 20 000 до 100 000 гс/э).
Есть также магнитно-мягкие сплавы с заданным температурным коэфф. линейного расширения. Магнитно-мягкие никеля сплавы применяют для изготовления сердечников малогабаритных трансформаторов и дросселей, эксплуатируемых в слабых полях, для магнитных экранов, сердечников импульсных трансформаторов, магн. усилителей и бесконтактных реле .
К никелевые сплавы с особыми физ. и хим. св-вами относятся также сплавы с заданным температурным коэфф. линейного расширения на основе системы железо — никель (36—55%Ni), дополнительно легированные небольшими добавками меди или кобальта; сплавы с высокими упругими свойствами; сплавы для создания термобиметаллических материалов.
В качестве коррозионностойких в хим. аппаратостроении используют никельмолибденовые и никельхроммо-либденовые сплавы марок Н70МФ и ХН65МВ. Жаростойкие и жаропрочные никелевые сплавы применяют для изготовления деталей и узлов газовых турбин, авиационных двигателей и др. Жаростойкие сплавы используют как материал, выдерживающий высокие т-ры при относительно невысоких мех. напряжениях.
Изделия из них изготовляют с применением сварки. Они относятся к малостареющим сплавам на основе гамма-твердого раствора хрома в никеле — нихромам. Глубина коррозионного окисления за 10 000 ч при т-ре 800° С у сплавов марок ХН78Т и ХН75МБТЮ составляет 0,004, а при т-ре 1200° С — соответственно 0,063 и 0,288 мм.
Жаростойкие сплавы используют для изготовления жаровых труб, листовых деталей газовых турбин с рекомендуемой т-рой применения 950— 1100° С, а также деталей газопроводных систем, эксплуатируемых при умеренных мех. напряжениях при т-рах 1050—1200° С в течение длительного времени (до 10 000 ч). Кроме того, сплавы марок ХН60Ю и ХН70Ю могут быть использованы для изготовления нагревательных элементов .
Жаропрочные сплавы
Жаропрочные никелевые сплавы, эксплуатируемые в нагруженном состоянии при высокой т-ре в течение определенного времени, сохраняют достаточную жаростойкость. В результате сложного и рационального легирования они характеризуются высокой жаропрочностью при т-ре 550— 1030° С.
Жаропрочные никеля сплавы подразделяют на деформируемые и литейные. Жаропрочные св-ва деформируемых сплавов формируются при старении закаленных Н. с. в процессе выделения интерметаллидной γ’-фазы, т. е. Ni3 (Ti, Аl), или фазы Ni3Al. С увеличением содержания титана и алюминия растет количество γ’-фазы или фазы Ni3Al, происходит дальнейшее повышение жаропрочности сплавов.
Еще более высокие значения жаропрочности обусловливаются дополнительным легированием деформируемых Н. с. вольфрамом и молибденом, входящими в твердый раствор. Малые количества углерода, бора, циркония и гафния также повышают жаропрочность.
При нагреве деформируемых состаренных никелевые сплавы выше т-ры старения происходит значительное разупрочнение материала, однако жаропрочные свойства практически восстанавливаются при последующем нагреве до т-р старения. Помимо интерметаллидных фаз, жаропрочные никелевые сплавы содержат в малом количестве, в основном на границах зерен, карбидные и нитридные фазы.
Сплавы, применяемые для направляющих рабочих лопаток и других ответственных деталей стационарных газовых турбин, содержат умеренное количество γ’-фазы, что вызвано необходимостью повышения вязкости, запаса длительной пластичности и снижения чувствительности к концентрации напряжений. Литейные жаропрочные никеля сплавы по фазовому составу сходны с деформируемыми, но обычно содержат большее количество алюминия и титана.
Так, сплавы марки ЖС6К содержат 11% Сr, 2,75% Ti, 5,5% Аl, 4% Mo, 4,5% Со, < 2% Fe, 5% W, 0,16% С, 0,02% В, < 0,4% Мn и < 0,4% Si. У литейных жаропрочных сплавов очень высокие характеристики при высоких т-рах (напр., а100 сплава марки ЖС6К составляет 32 кгс/мм2 при т-ре 900° С и 15—16 кгс/мм2 при т-ре 1000° С) и невысокая пластичность при умеренных т-рах (700—800° С). Применяют их для изготовления сопловых и рабочих лопаток газотурбинных авиационных двигателей. Вредное влияние на их св-ва оказывают примеси свинца, серы, висмута, мышьяка, селена, углерода и фосфора.
Свойства никелевые сплавы зависят от технологии производства, чистоты шихтовых материалов, методов выплавки, условий разливки и кристаллизации, видов обработки. Процесс получения слитков из Н. с. состоит из подготовки шихтовых материалов, расчета шихты, загрузки и расплавления исходных металлов, подготовки расплава к литью (защиты от окисления, обработки расплава технологическими добавками), литья и мех. обработки слитков.
Для выплавки никеля сплавы используют открытые или вакуумные индукционные печи, открытые или вакуумные электродуговые печи с расходуемым электродом, электродуговые печи с расходуемым электродом под слоем спец. шлака. Если требуется очень высокая чистота, применяют двойной вакуумный переплав или электроннолучевую плавку.
Шихтой для Н. с. служат первичные металлы и сплавы, а также отходы производства. Разливают металл в изложницы (водоохлаждаемые и неводоохлаждаемые) либо через ковш. После вакуумной индукционной плавки его разливают через промежуточную воронку в вакууме или в среде аргона.
В процессе изготовления литых деталей из жаропрочных сплавов используют те же способы плавки, но в печах меньшего размера, и прецизионное литье по выплавляемым моделям. Жаропрочность отливок со структурой ориентированных столбчатых кристаллов, полученных методом направленной кристаллизации, значительно выше, чем отливок, полученных обычным литьем.
Слитки никелевые сплавы обрабатывают ковкой, прессованием, горячей, теплой и холодной прокаткой, волочением. В конструкционных, термоэлектрических, магнитно-мягких и терморе-зисторных никелевые сплавы сочетаются высокая прочность и повышенная пластичность, они хорошо переносят горячую обработку, поддаются прокатке, волочению и штампованию. Полуфабрикаты из Н. с. изготовляют в виде труб, полос, лент, прутков и проволоки.
Статья на тему никеля сплавы