Инвар 36Н - магнитный сплав железа с никелем

Где находит применение уникальный сплав?

Ковар (Kovar) обладает одинаковым коэффициентом теплового расширения, что и боросиликатное стекло. Поэтому материал используется в качестве уплотнения между металлическими и стеклянными компонентами, работающими при различных температурах. К таким применениям относятся области:

электроники,
оптики,
фотоники,
аэрокосмической промышленности.

В основном, материал используется здесь для изготовления корпусов стеклянных компонентов:

вакуумных ламп,
кожухов рентгена,
микроволновых трубок,
ламп,
кожухов лазеров и других элементов.

Так, например, из серии эксклюзивных изделий можно отметить выводные рамки космических телескопов, изготовленных из материала Ковар (Kovar).

Окисление поверхностей деталей сплава Ковар

Фактически Ковар (Kovar), также нередко упоминаемый как сплав ASTM F15, UNS K94610, Fe-29Ni-17Co, представляет аустенитный аллотроп железа (аустенит). Так называемый аустенит или гранецентрированное кубическое железо содержит 29% никеля, 17% кобальта, некоторое количество хрома, кремния и углерода, иного железа с гранецентрированной кубической микроструктурой.

Анодное соединение разрабатывалось как метод прочного соединения проводящих материалов, таких как Ковар (Kovar) и стекло. Метод анодного соединения связывает металл со стеклом, содержащим ионы, путём нагревания образцов при относительно низкой температуре.

Обычной практикой является окисление поверхности деталей сплава для улучшения свариваемости с боросиликатным стеклом. Методология позволяет заключать в металлические сборки электронные части — пьезоэлектрические и микрофлюидные датчики.

Типичные физические и механические свойства на Ковар

Физические свойства сплава отмечены следующими показателями:

плотность сплава составляет 0,021 кг/см2,
удельный вес 8,36,
температурная точка Кюри для этого вида металла — 435°C.

Критическая температурная точка плавления отмечена параметром 1450°C. Удельная теплоёмкость приближается к значению 0.105 кал /г/м на градус в условиях температуры 0°C и 0.155 кал/г/м на градус при температуре 430°C. Теплота плавления составляет 64 кал/г, степень теплопроводности — 17,3 Вт/м·K, а электрическое сопротивление равно — 490 мкОм/мм.

Что касается свойств механических, здесь внимания заслуживают такие показатели, как модуль сдвига (7.5 · 106) и модуль упругости (20 · 106). Также интерес представляют максимальная прочность (5273 кг/см2), предел текучести (3515 кг/см2) и температурная точка перегиба (430°C).

Также из механических свойств уникального сплава следует отметить коэффициент Пуассона, равный 317, свойства удлинения до 30%, скорость распространения звука внутри структуры – 4968 м/сек., степень твёрдости по Роквеллу – 78.

Сфера применения фехраля и нихрома

Нихром считается очень даже прочным сплавом. Это сыграло большую роль для изготовления разного диаметра спиралей и проволок. А также из нихрома изготавливают прутки, нихромовые нити, ленты, листы, полосы.

Благодаря высокой жаростойкости, допустимо использовать нихромовые сплавы в производстве нагревательных приборов.

Нихром сохраняет свои ключевые физические свойства даже при сильных колебаниях температуры, что дает возможность применять сплав достаточно широко.

Из нихрома и фехраля изготовляют трубчатые элементы нагревания. Работать с этими сплавами можно при предельной температуре 1400 °С и 1500 °С соответственно. Поэтому эти сплавы можно применять при производстве элементов реостатов и проволочных резисторов.

Фехраль и нихром применяют в похожих сферах, несмотря на их разный состав и отличительные характеристики.

Область использования

Нивелирная рейка : корпус из алюминия, лента с делениями из инвара.

Инвар был впервые использован для изготовления дешевых эталонов массы и длины. Он также использовался для изготовления точных маятниковых часов и хронометров . Половина биметаллов часто изготавливается из инвара.

Инварные сплавы используются для изготовления широкого спектра изделий, требующих высокой стабильности длины при колебаниях температуры. Примерами являются теневые маски для кинескопов , соединения стекло-металл, резервуары судов сжиженного газа ( мембранные резервуары ), опорные плиты для микросхем, корпуса лазеров, волноводы, а также астрономические и сейсмографические инструменты. Разработка метода сварки инваром расширила область применения. В геодезии тросы из инвара используются в точных нивелирных рейках и для высокоточного измерения расстояний на небольших расстояниях (примерно до 20 м), например. Б. при строительстве туннелей или плотин. При обработке крупных компонентов из углепластика , например, в аэрокосмической промышленности, соответствующие инструменты для ламинирования частично изготавливаются из инвара, поскольку компоненты из углепластика также имеют низкое тепловое расширение (отрицательный коэффициент теплового расширения). В автоклавном процессе в конечном итоге выгодно, чтобы тепловые расширения инструмента и заготовки были как можно более равными.

Исторический

Неожиданные находки

Изменение коэффициента расширения в зависимости от массового содержания никеля в сплаве.

Ввиду отсутствия полностью удовлетворительного решения стандартного правила второго порядка Международный комитет мер и весов решил включить вопрос об улучшении этих правил в программу Международного бюро с 1891 года. Гийом быстро отказался от латуни и бронзы . Затем он продвинул свои исследования в сторону никеля и его сплавов с медью, которые дали более обнадеживающие результаты.

В 1895 году Дж. Р. Бенуа, директор Международного бюро мер и весов, исследовал железо-никелевый сплав, содержащий 22% никеля и 3% хрома. Этот сплав показал удивительное поведение: хотя и железо, и никель являются ферромагнитными материалами, сплав был парамагнитным, а его коэффициент расширения был намного выше, чем у никеля или чистого железа. Исследование было проведено по запросу Технического отдела Артиллерии Парижа, и сплав был поставлен Aciéries d ‘ Imphy близ Невера, а затем Société de Commentry-Fourchambault .

Несколькими годами ранее Джон Хопкинсон заметил, что сплавы железа с никелем могут претерпевать заметные превращения. Анализ сплава 25% никеля, относительно мягкого и парамагнитного при температуре окружающей среды, становится твердым и ферромагнитным, когда он в холодильнике при ° C . При этом объем увеличился на 2%. В то время было мало что известно о кристаллической структуре металлов, и не было известно, что эти изменения были вызваны фазовым переходом .

Весной 1896 года компания Imphy поставила слиток из сплава железа с никелем, содержащего 30% никеля. Затем Гийом отметил, что его коэффициент теплового расширения составляет лишь около трети от коэффициента теплового расширения платины . Этот замечательный результат удивил Гийома, который ожидал, что физические свойства сплава будут находиться между двумя содержащимися в нем чистыми веществами – принцип, известный как правило смесей.

Затем Гийом получил от своего директора Дж. Р. Бенуа разрешение продолжить изучение этих явлений. Поскольку у офиса не было средств на исследования, Гийом обратился за помощью к Анри Файолю, генеральному директору сталелитейного завода Имфи в г.Май 1896 г.. Когда ему прислали два уже изученных сплава, 22% и 30% никеля, Файоль просто ответил: « Ваша работа интересна. Что вам нужно для этого? Я с тобой. “. Было начато бесплатное сотрудничество с Международным бюро, которое сосредоточилось на изучении 600 различных оттенков сплавов.

Открытие свойств инвара.

Корреляция между тепловым расширением и магнитной проницаемостью была установлена еще в 1896 году. Гийом действительно отмечает, что состав сплава влияет только на степень изменения магнитных свойств и на тепловое расширение.

Еще в 1897 году Гийом описал свое открытие в публикации « Recherches sur les steels au nickel». Расширение при повышенных температурах; электрическое сопротивление (CR Académie des Sciences 125, 235-238, 1897), где он сравнил семнадцать различных оттенков сплавов.

Инвар имеет гранецентрированную кубическую кристаллографическую структуру (ГЦК) с деформациями из-за присутствия никеля, который замещает железо. Атомы железа могут принимать две электронные конфигурации с близкой внутренней энергией: одна ферромагнитная, а другая – нет. Ферромагнитная конфигурация занимает немного больший объем, чем неферромагнитная конфигурация.

По мере повышения температуры сплав постепенно принимает неферромагнитную конфигурацию, поскольку она становится наиболее выгодной с энергетической точки зрения. Сокращение объема из-за перехода от ферромагнитной конфигурации к неферромагнитной конфигурации компенсируется естественным тепловым расширением материала, так что общий объем остается более или менее постоянным. Выше температуры Кюри материала, равной 280 ° C, ферромагнетизм исчезает, и материал затем нормально расширяется.

Это низкое тепловое расширение, обусловленное сильной положительной объемной магнитострикцией инвара, также обнаруживается в других материалах (Fe ₇₂ Pt ₂₈, Pd ₃ Fe …), которые, как говорят, также оказывают влияние .

В 10 декабря 1920 г.Гийом получил Нобелевскую премию по физике за исследования железоникелевых сплавов.

Характеристика никелевых сплавов

В составах металл сочетается в основном с железом и кобальтом. Его применяют в качестве лигатурного компонента для производства различных конструкционных видов стали, магнитных и немагнитных сплавов.

Металлические сплавы на основе химического элемента № 28 обладают прочностью, устойчивостью к температурам, деформации, влиянию внешней среды. Их число достигает нескольких тысяч. Самыми распространенными составами являются сочетания с хромом, молибденом, алюминием, титаном, бериллием.

Металл считается лигатурным компонентом золота, придающим ювелирным изделиям характерный белый цвет и прочность. По отношению к этому составу существуют мнения об аллергическом влиянии никеля на кожу.

В сочетании с хромом образуется соединение нихром, обладающее устойчивостью к высокой температуре, минимальным коэффициентом электрического сопротивления, пластичностью.

Его применяют для изготовления нагревательных приборов, деталей, в качестве покрытия. Высокая прочность соединения позволяет подвергать его механической обработке, точению, сварке, штамповке.

Никелевые сплавы обладают высокой прочностью, что позволяет широко использовать их в производстве

Особую группу образуют сплавы, в состав которых включена медь. Среди них самыми популярными являются:

монель;
латунь;
бронза;
нейзильбер.

Составы, содержащие химический элемент № 28, применяются в конструкциях атомных реакторов в качестве защитных оболочек для предохранения урановых стержней от влияния среды.

Более века назад было установлено, что железно-никелевый состав, содержащий 28% описываемого металла, теряет свои свойства к намагничиванию. Сплавам, содержащим 36% никеля, свойственен незначительный показатель линейного расширения, что позволяет его применять в изготовлении точных приборов и инструментов.

Этот состав, который обозначается FeNi36, называется инваром, то есть «неизменным». Широкое применение в производстве нашел сплав ковар, содержащий 29%никеля, 17% кобальта и 54% железа.

Он обладает высокой адгезией к расплавленному стеклу, что позволяет использовать состав для изготовления электрических выводов, проходящих через данное вещество.

Краткая характеристика железа и никеля

Железо в чистом виде имеет серебристо-серый цвет, является пластичным, ковким. Его самородки обладают заметным металлическим блеском, кроме того, отличаются значительной твердостью. Электропроводность также находится на высоком уровне, ведь металл легко передает ток за счет свободных электронов.

Железо имеет среднюю тугоплавкость, становится мягким при температуре +1 539 °C, из-за чего утрачивает свои ферромагнитные свойства. Данный элемент является химически активным, поэтому в нормальных условиях быстро реагирует с другими веществами.

При повышении температуры эти свойства проявляются еще ярче. Находясь на воздухе, окисляется, в результате чего на его поверхности появляется оксидная пленка – именно она останавливает дальнейшую реакцию. При повышенной влажности на железе формируется ржавчина, что не мешает металлу и сплавам на его основе активно использоваться в промышленности.

VT-metall предлагает услуги:

Самородки никеля встречаются в железных метеоритах, а в более привычных условиях этот металл находят в сочетании с другими химическими элементами. Если говорить точнее, то для получения сплава, состоящего из железа и никеля, последний компонент получают из сульфидных, медно-никелевых руд:

никелин – помимо никеля, содержит мышьяк;
хлоантит – белый колчедан, в составе которого есть кобальт и железо;
гарниерит – силикатная порода с долей магния;
магнитный колчедан – представляет собой смесь серы, железа, меди;
герсдорфит – имеет мышьяково-никелевый блеск;
пентландит – содержит серу, железо, никель.

Выбор метода для получения никеля из руды зависит от типа сырья. Стоит отметить, что в некоторых случаях интересующий нас металл выступает в роли второстепенного материала обогащения породы.

Как ингредиент для крафта[править | править код]

Слиткиправить | править код

Ингредиенты	Процесс	Результат
Инварный слиток +Железная печь +Аккумулятор илиАккумулятор (разряженный)	Генератор

Каркасы блокаправить | править код

Ингредиенты	Процесс	Результат
Инварная пластина +Молот +Инварный каркас блока +Гаечный ключ илиЭлектроключ	Термостойкий корпус машины	Термостойкий корпус машины

Пластиныправить | править код

Ингредиенты	Процесс	Результат
Инварная пластина +Бронзовая пластина илиЛатунная пластина +Оловянная пластина илиЦинковая пластина илиАлюминиевая пластина	Композитный слиток
Инварная пластина +Железная печь +Аккумулятор илиАккумулятор (разряженный)	Генератор
Улучшенная электросхема +Намагничиватель +Инварная пластина +Сжиматель илиАвтоматический сжиматель +Экстрактор илиАвтоматический экстрактор	Химический реактор
Электросхема +Мельхиоровая нагревательная спираль +Инварная пластина +Конвейерный модуль +Электрическая печь илиАвтоматическая электропечь	Плавильная печь
Электросхема +Шахтёрский бур +Инварная пластина +Алмаз илиПромышленный алмаз илиАлмазная пыль +Улучшенный корпус машины илиСтальной корпус механизма	Электрический разрушитель камней
Ветрогенератор +Укреплённое стекло +Улучшенная электросхема +Инварная пластина	Газовая турбина
Инварная пластина +Укреплённое стекло +Электросхема +Геотермальный генератор	Теплогенератор

Свойства и характеристики жаропрочных сплавов

Рассмотрим их на примере наиболее распространённых марок.

Сплав ЭП747 (или ХН45Ю) применяется в металлургии для изготовления роликов рольгангов, по которым перемещаются слитки. Кроме железа и никеля (содержание никеля 44…46%), содержит также хром и алюминий. Сплав выплавляется в электропечах, после чего проходит горячую пластическую деформацию, температурный интервал которой находится в диапазоне 1280…8500С (первая температура – начало деформирования, вторая – окончание). Сплав хорошо поддаётся термической обработке и электродуговой сварке. Сортамент – листы толщиной до 2 мм и прутки.

Физико-механические показатели сплава ХН45Ю составляют:

Механическая прочность – от 600 МПа при комнатных температурах, до 150 МПа при температуре 8000С;
Жаростойкость на спокойном воздухе – до 1300…13500С;
Интенсивность окисления, г/м2∙ч — не более 170;
Коэффициент теплопроводности при температурах эксплуатации, Вт/м2 ∙К – 17,5…24,5;
Модуль Юнга при температурах эксплуатации, ГПа – 12,5…17,5.

Сплав ЭИ602 (или ХН75МБТЮ) используется для внутренней облицовки камер сгорания металлургических и термических печей при температурах, не превышающих 900…9500С. Кроме железа и никеля, содержит также хром, титан, молибден, алюминий и ниобий. Ввиду более сложного состава, который включает в себя весьма разнородные химические элементы, после выплавки в электропечах подвергается горячей деформации в гораздо более узком диапазоне температур: 1180…12800С. В отличие от предыдущего сплава, ХН75МБТЮ более пластичен, в частности, допускает глубокую вытяжку. Поэтому из него можно изготавливать полые детали машин, которые будут далее эксплуатироваться при высоких температурах. Хорошо сваривается всеми видами электросварки.

Интенсивное образование окалины на поверхности данного сплава начинается лишь при температурах от 1250…12800С. Сплав поставляется только в виде листов — горячей, либо холодной прокатки.

Физико-механические показатели сплава ХН75МБТЮ составляют:

Механическая прочность – от 860 МПа при комнатных температурах, до 177 МПа при температуре 9000С;
Длительная прочность и термическая выносливость, МПа, не менее — 190;
Коэффициент теплопроводности при температурах эксплуатации, Вт/м2 ∙К – 20,2…19,3;
Модуль Юнга при температурах эксплуатации, ГПа – 19,0…10,2.

Сплав ЭИ868 (или ХН60ВТ) отличается еще более высокой жаростойкостью и стойкостью от воздействия агрессивных сред. Поэтому он используется для изготовления лопаток газовых турбин, работающих при температурах 950…10000С. В химическом составе сплава в больших количествах имеют вольфрам и хром, присутствует также титан. Сортамент сплава – листы, пруток и проволока. Сплав обладает характеристиками обрабатываемости и свариваемости, схожими со сплавом ХН75МБТЮ, однако выделяется более высокими показателями жаростойкости, самыми высокими из жаропрочных железоникелевых сплавов: интенсивность окисления при температурах эксплуатации 10000С не превышает 0,6…0,8 г/м2∙ч. Структура и прочность сплава не изменяются даже после 30…35 циклов нагрева и охлаждения.Остальные физико-механические показатели сплава ЭИ868 составляют:

Механическая прочность – от 800 МПа при комнатных температурах, до 43 МПа при температуре 10000С;
Длительная прочность и термическая выносливость, МПа, не менее — 210;
Коэффициент теплопроводности при температурах эксплуатации, Вт/м2 ∙К – 28…24;
Модуль Юнга при температурах эксплуатации, ГПа – 19,0…2,0.

Цинковые антифрикционные сплавы

Наибольшее распространение получили антифрикционные цинково-алюминиево-медные сплавы. Их применяют как в литом, так и в деформированном (прокатанном или прессованном) состоянии.

Отличаясь высокими антифрикционными свойствами и достаточной прочностью при комнатной температуре, эти сплавы служат хорошими заменителями бронз при работе в узлах трения, температура которых не превышает 80—100 °С. При более высоких температурах сплавы сильно размягчаются и намазываются на вал. предусматривает две марки сплава — ЦАМ 9—1,5 в ЦАМ 10-5.

У цинковых сплавов высокий коэффициент линейного расширения, что следует учитывать при установлении величины зазора в подшипнике.

Из цинковых антифрикционных сплавов в основном изготавливают литые монометаллические и биметаллические детали. Из сплава ЦАМ 10-5 изготавливают прокат. При изготовлении литых деталей используют чушковые сплавы либо приготавливают сплав из первичных материалов с использованием оборотов литейного производства и переплава. Плавку рекомендуется проводить под слоем древесного угля. В качестве флюса принимают хлористый аммоний в количестве 0,1—0,2 % от массы плавки. Большее количество флюса добавляют при загрязненной шихте.

Металл нельзя перегревать выше 480 °С, так как при более высокой температуре происходит сильное насыщение расплава газами. Температура литья цинковых антифрикционных сплавов — 440—470 градусов С.

Монометаллические литые детали можно получать отливкой в землю, в кокиль, центробежным способом и литьем под давлением. При разработке технологии отливки изделий следует учитывать, что сплавы ЦАМ 9-1,5 и ЦАМ 10-5 склонны к образованию горячих трещин, поэтому следует избегать форм, создающих затрудненную усадку.

Изделия, отлитые в землю, отличаются от изделий, полученных кокильным литьем, большим количеством пор и более крупными размерами зерен. Наблюдается значительный разброс характеристики механических свойств. Поэтому литье в землю целесообразно применять только для деталей сложной конфигурации, которые трудно отливать в кокиль.

При центробежном литье (линейная скорость на периферии 6—8 м/с, скорость литья 2—2,5 кг/с) следует учитывать возможность получения в отливке зоны столбчатых кристаллов с пониженными механическими свойствами. С увеличением скорости структура становится мелкозернистой, но наблюдается заметная ликвация структурной составляющей сплава, богатой алюминием

Поэтому для получения ответственных деталей центробежное литье нужно применять с осторожностью. Биметаллические литые детали, состоящие из цинкового антифрикционного сплава и стали, изготовляют путем заливки сплава на сталь через подслой чистого цинка, наносимого способом горячего цинкования

Для получения прочного соединения необходимо обезжирить и протравить стальную поверхность. После флюсования (температура флюса не должна превышать 150 °С) стальное основание подогревают, оцинковывают (в цинковую ванну добавляют 0,5% алюминия; содержание железа в ванне не должно превышать 0,5 %), устанавливают в форму и заливают сплавом

Биметаллические литые детали, состоящие из цинкового антифрикционного сплава и стали, изготовляют путем заливки сплава на сталь через подслой чистого цинка, наносимого способом горячего цинкования. Для получения прочного соединения необходимо обезжирить и протравить стальную поверхность. После флюсования (температура флюса не должна превышать 150 °С) стальное основание подогревают, оцинковывают (в цинковую ванну добавляют 0,5% алюминия; содержание железа в ванне не должно превышать 0,5 %), устанавливают в форму и заливают сплавом.

Существенно повышается коэффициент использования металла при изготовлении деталей из проката. Сплав ЦАМ 9-1,5 хорошо обрабатывается вхолодную, тогда как вырубку и штамповку сплава ЦАМ 10-5 лучше проводить при температуре 100—150 °С, при которой этот сплав весьма пластичен. Биметаллический прокат с обоими сплавами обрабатывается без осложнений вхолодную. Усталостная прочность деформированных сплавов, особенно в биметалле, намного выше, чем литых сплавов. Поэтому изделия из них также могут работать в более тяжелых условиях.

При работе цинкового сплава в паре со стальным валом твердость последнего должна быть не ниже НВ 300. По возможности в конструкции монометаллических трущихся деталей следует избегать бортов, резких переходов и т. д., так как цинковые сплавы плохо сопротивляются усталостным разрушениям в условиях воздействия больших изгибающих усилий.

Инвар

Инвар – сплав из 67 % железа и 33 % никеля, обладает свойством практически не изменять своих размеров при изменении его температуры.

Зависимость удельного веса -, временного.| Зависимость точки плавления Tfi и температуры магнитного превращения ( точка Кюри TC двойных сплавов FeNi от содержания никеля Mi в % вес -.

Инвар и фригндал вследствие своей малой теплопроводности используются в вакуумных приборах прежде всего как теплоизолирующие материалы, например, для лодочек и держателей геттеров, когда необходимо предохранить нагревающийся при обезгаживании из-за большого притока тепла от анода геттер от преждевременного испарения до окончания прокаливания остальных деталей ( см. гл. Эти сплавы применяются также для вводов к сильно нагруженным анодам с целью затруднить отвод тепла к стеклянной ножке. В виде проволоки их используют для вводов и держателей кериов малых эквипотенциальных катодов косвенного накала приемно-усилительных ламп ( см. рис. 15 – 65С, позиция 3), для повышения экономичности которых необходимо предотвратить отвод тепла держателями. При этом использованию инвара отдается предпочтение при изготовлении таких деталей держателей, которые не служат одновременно проводниками сильных токов, так как из-за высокого электрического сопротивления инвара это при-пело бы к значительному падению напряжения и к повышению температуры токаподво-дов. Вследствие малого коэффициента расширения, который приближается к коэффициенту расширения кварцевого стекла, инвар используется для газонепроницаемых шлифовых соединений кварца с металлом ( см. гл.

Инвар характеризуется тем, что при температурах от – 50 до 100 С его коэффициент теплового расширения почти равен нулю. При более высоких температурах этот коэффициент резко возрастает и становится больше, чем у обыкновенной стали.

Инвар ( от англ, invariable – неизменный) – сплав Fe и Ni ( 36 %), имеет очень малый коэффициент теплового расширения. Используют для изготовления измерительных лент, линеек, геодезической проволоки, деталей измерительных приборов, размеры которых должны оставаться постоянными при некотором изменении температуры.

Инвар Н-36 – сплав железа с 36 % никеля, обладает очень малым а 10 – 6К – в диапазоне температуры от – 100 до 100 С.

Классический инвар – сплав железа и 36 % Ni имеет относительный температурный коэффициент линейного расширения, почти равный нулю при температуре до 120 С. Суперинвар, дополнительно легированный 5 % Со, – это однофазный, пластичный, прочный и кор-розионноустойчивый сплав. Эти сплавы склонны к мартенситному превраще-нию, что нарушает их аномальные свойства. Для предотвращения мартенситного превращения ( получения устойчивой у-фазы) сплавы подвергают глубокому охлаждению ( до 80 С) и затем последующему нагреву до 600 С, скорость нагрева и охлаждения должна быть медленной.

Инварами называют металлические материалы, температурный коэффициент линейного расширения ( ТКЛР) которых крайне мал2 – В основе инварного поведения сплавов лежат магнитные явления. Известно, что инварными свойствами обладают аустенитные сплавы железа: SNiFe, 24PtFe 37Fe54Co9Cr и др. Они используются как прецизионные материалы с малым ТКЛР.

Сплав инвар Н36 в пределах температур от – 50 до 100 С имеет коэффициент линейного расширения, близкий нулю. При повышении температуры от 100 С этот коэффициент быстро увеличивается, и при температурах выше 275 С он даже превосходит коэффициент линейного расширения обыкновенных сталей.

Сплав инвар, применяемый для изготовления эталонов длины вследствие малого коэффициента линейного расширения, состоит из 40 % никеля и 60 % железа.

Сплав инвар в пределах температур от – 50 до 100 имеет коэфициент линейного расширения, близкий к нулю.

Став инвар и аругие сплавы с 30 – 40 % Ni обладают большей стойкостью против коррозии в воздушной атмосфере, в пресной и соленой воде, чем железо.

Термобиметалл инвар – томпак обладает достаточно высокой электропроводностью; недостатком его является быстрая потеря томпаком упругих свойств из-за наступающей рекристаллизации.

Термобиметалл инвар – латунь обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью; применяется для работы в условиях нагрева теплопередачей от окружающей среды.

Сплавы с регламентируемым температурным коэффициентом линейного расширения

Главная
>
Библиотека
>
Новые материалы в металлургии

Области применения сплавов с заданным ТКЛР приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

– Область применения сплавов с заданным ТКЛР

Основным представителем сплавов с минимальным ТКЛР является сплав 36Н. Инвар имеет самые низкие значения в интервале температур от –100 до +100°С. Благодаря высокому уровню механических свойств и технологичности инвар используется в качестве конструкционного материала для деталей, от которых требуется постоянство размеров при меняющихся температурных условиях эксплуатации. Из инвара изготавливают жесткозакрепленные трубопроводы сложной пространственной формы, перекачивающие сжиженные газы в криогенных установках. Малая величина ТКЛР позволяет уменьшить напряжения в трубопроводах и предотвратить возможность их разрушения. Отпадает необходимость установки сильфонных узлов для компенсации деформации, что упрощает конструкцию и делает ее более надежной.

Для обеспечения минимально возможного ТКЛР и наибольшей стабильности размеров содержание углерода в сплавах инварного состава не должно превышать 0,05 %. Более высокое содержание углерода приводит к изменению параметров кристаллической решетки и магнитострикции парапроцесса. Для спаев со стеклом повышенное содержание углерода приводит к выделению СО2 в процессе впаивания и образованию газовых пузырей в стекле.

В таблице 4.2 приведены составы и свойства сплавов с регламентированными значениями ТКЛР, нашедших наиболее широкое применение. Значения ТКЛР приведены в состоянии после отжига при температуре ~ 900оС с последующим медленным охлаждением.

ТКЛР сплавов зависит от предварительной обработки. Минимальное значение коэффициента инвара достигается после закалки от 830оС, в результате которой примеси переходят в твердый раствор, и отпуска при 315оС. Холодная деформация также способствует снижению ТКЛР. В результате комбинации обеих обработок он становится почти равным нулю.

Замена части никеля равным количеством кобальта и легирование малы ми добавками меди позволяет дополнительно снизить ТКЛР инвара. Такой сплав называют суперинваром.

В электровакуумных газоразрядных и полупроводниковых приборах широко используют спаи металлов с такими диэлектриками, как стекло и керамика. Для обеспечения герметичности и вакуумной плотности спаев необходимо соответствие ТКЛР материалов соединяемой пары в эксплуатационном интервале температур. Во избежание напряжений и трещин значение ТКЛР сплава должно быть максимально приближено к ТКЛР диэлектрика и строго регламентировано. Для определения пригодности спаев металлов со стеклом используют чувствительный метод – измерение в поляризованном свете упругих напряжений, имеющихся в спае.

Состав сплавов для пайки и сварки со стеклом подбирают таким образом, чтобы ТКЛР стекла и металла были близки во всем интервале температур вплоть до размягчения стекла. Ковар применяют для соединения с термостойкими стеклами, а платинит – с обычными легкоплавкими стеклами, применяемыми в электровакуумной промышленности. На рисунке 4.3 приведен характер линейного расширения двух разных сортов стекла и соответствующих им сплавов.

Стали с определенным тепловым расширением служат также для изготовления термобиметаллов, когда слой с низким тепловым расширением («пассивный слой») путем прокатки надежно соединяют с другим слоем, обладающим более высоким тепловым расширением («активный слой»). Биметаллические пластины используют в качестве терморегулятора в приборостроении. Нагрев такой пластинки приводит к ее искривлению, позволяющему разомкнуть электрическую цепь.

Рисунок 4.3

– Температурные зависимости относительного изменения длины легко- (1) и тугоплавкого (2) стекла и сплавов Fe – Ni и Fe – Ni – Co.

Основным свойством термобиметаллов является термочувствительность, т. е. способность изгибаться при изменении температуры. В качестве пассивной составляющей обычно применяют инвар 36Н с ТКЛР равным 1,5*10–6 К–1, а в качестве активной – Fe-Ni сплавы с ТКЛР около 20*10–6 К–1, содержащие 8 – 27 % Ni, дополнительно легированные Сr, Мn, Мо.

← Раздел 4.1
Раздел 4.3 →