Сплавы на основе никеля – Сплав на основе никеля: физические и химические свойства
alexxlab | 21.03.2020 | 0 | Разное
Сплав на основе никеля: физические и химические свойства
Обработка металла известна человечеству несколько тысяч лет. Наряду с однородными материалами начали появляться смеси с различными характеристиками. С развитием технологического прогресса человек открывал всё больше и больше соединений металлов. Наиболее известными являются сплавы на основе никеля. Они используются в различных направлениях промышленности благодаря своим характеристиками и внешнему виду.
Никелевый сплав
Применение в чистом виде
Никель представляет собой металл серебристого цвета. Он обладает высокими показателями прочности и пластичности. Обладает ферромагнитными свойствами, хорошо сваривается, куется и штампуется. Устойчив к воздействию кислот и щелочей. Не окислятся на открытом воздухе благодаря оксидной плёнке.
Области применения материала в чистом виде:
- Используется в качестве защитного покрытия для других металлических поверхностей. При этом защитный слой наносится методами плакирования или гальванопластики. Защищает другие металлы от коррозийных процессов.
- Из металла изготавливаются емкости для хранения и транспортировки химических реагентов, кислот, щелочей.
- Его часто используют в качестве катализатора. Связано это с каталитическими свойствами материала, которые схожи с палладием. Однако этот металл стоит гораздо дешевле.
- Изготовление прерывателей нейтронных пучков. Благодаря этому металл получил распространение в ядерной физике.
Помимо использования в пищевой и химической промышленности, чистый материал применяется при изготовлении щелочных аккумуляторов.
Особенности
Никель и сплавы на его основе обладают определёнными особенностями и характеристиками. Их важно учитывать перед применением их в промышленности.
Структура и состав
Структура сплавов на основе никеля изменяется в зависимости от того, какие компоненты входят в их состав. От этого также зависят характеристики готового материала. Этот материал представляет собой металл серебристого цвета, который содержится в земной коре, воде и воздухе. В природе можно найти не только однородный металл, но и смеси на его основе. Связано это с тем, что он отлично сочетается с другими материалами. Часто встречающиеся компоненты в составе смесей — железо, молибден, медь, хром.
Свойства и характеристики
Физические и химические свойства материала помогают определить, где его можно использовать и как он будет изменяться при определённых этапах обработки. Характеристики:
- Плотность — 8800 кг/м3.
- Температура плавления — 1455 градусов по Цельсию.
- Температура кипения — около 2900 градусов.
- Максимальная прочность на растяжение — 9000 МПа.
- Теплопроводность — 90,9 Вт/(м*К).
- Сопротивление электричеству — 0,0684 мкОм*м.
Благодаря своим характеристикам никель и смеси на его основе применяются в разных направлениях промышленности. Они хорошо поддаются обработке на промышленном оборудовании, что расширяет их область применения.
Марки
По государственному документу ГОСТ 849-2008 обозначено 7 марок никеля. К ним относятся H0, h2,2,3,4, Н1Ау и Н1у. Состав марок представляет собой содержание основного вещества до 99,9%, незначительное количество кобальта и сторонних примесей.
Сплавы
Никель является основой многих сплавов. Стоит подробнее разобраться с самыми популярными соединениями на основе этого металла.
Сплав на основе никеля
С медью
Популярнейшим соединением считается никель и медь. В итоге получается материал, который не похож по своим характеристикам на исходный металл. При изготовлении металлических смесей можно выделить 3 популярных соединения:
- Монель — материал, в котором содержится примерно 67% никеля. Имеет высокий показатель прочности. Его можно сравнить с разными видами сталей. Используется в авиастроении, судостроении, а также изготовлении электроинструментов. Найти детали из монели можно в музыкальных инструментах.
- Мельхиор — известный сплав, основным компонентом которого является медь. Никеля же в составе может содержаться до 30%. Используется при изготовлении ювелирных украшений, статуэток, столовых приборов.
- Копель — смесь на 44% состоящая из никеля. Из него изготавливается проволока, из которой делают компенсационные провода.
Существуют и другие смеси с добавлением цинка, которые обладают своими особенностями и характеристиками.
С хромом
Соединения хрома с никелем многим известно, как нихром. Особенность этого сплава — высокий показатель электрического сопротивления, высокая температура плавления. Также нихром отличается хорошей прочностью и теплоёмкостью. Отрасли применения:
- Изготовление деталей для приборов, работающих в агрессивных условиях окружающей среды.
- Производство нагревательных элементов и оборудования для термической обработки.
- Проволока из нихрома используется при изготовлении электропечей.
- Из этого сплава изготавливают нити испарения, использующиеся в электронных сигаретах.
Если нихром будет покрыт легирующих слоем на основе кремния, его можно использовать в химической промышленности. От дополнительного покрытия материал получает устойчивость к кислотам.
С молибденом и другими металлами
При соединении никеля с молибденом в состав добавляется хром. Процентное содержание основного металла достигает 77%. При этом молибдена в составе может содержаться до 9%. Остальное количество занимает хром. Особенность соединения — высокий показатель прочности и жёсткости.
Сплав с молибденом используется в медицине. Из него изготавливают мостовидные протезы. Сложно обрабатывается. Сделать отливки из такого материала практически невозможно. Однако благодаря своим характеристикам и низкой стоимости сплавы с молибденом имеют высокую популярность.
С железом
Подобная смесь называется инвар. Представляет собой соединение железа и никеля. Используют готовый материал при изготовлении деталей для механических часов.
Соединение железа и никеля
Область применения
Чистый металл используется не так часто, как сплавы никеля. Области применения сплавов:
- Применяются в машиностроении, строительстве, изготовлении трубопроводов. Из этого металла изготавливаются массивные конструкции, которые защищены от образования ржавчины.
- Детали для оборудования, которое работает в условиях агрессивных сред. Сплавы устойчивы к воздействию кислот, коррозийных процессов, щелочей.
- Сплавы используют для изготовления газовых турбин.
- В быту изделия из сплавов никеля можно встретить в виде мебельной фурнитуры, кранов и смесителей.
- Никель входит в состав сплавов, которые используются при изготовлении белого золота.
На основе этого материала изготавливаются никель-кадмиевые аккумуляторы. Соединения металлов многообразны и благодаря этому их используют в различных направлениях промышленности.
Плюсы и минусы
Сплавы на основе никеля обладают положительными и отрицательными сторонами.
Преимущества:
- Жаропрочные сплавы на никелевой основе обладают высокими показателями прочности и твердости.
- Коррозийная устойчивость.
- Высокая электропроводность.
- Хорошая свариваемость.
- Высокий показатель износоустойчивости.
Недостатки:
- Поверхность материала уязвима к ударам. Могут появляться трещины и сколы.
- Если на сторонний металл нанесен защитный слой, то при длительном воздействии жидкостей он может смываться.
Благодаря своим характеристикам этот материал используется в качестве дешёвого аналога дорогим металлам.
Сплавы на основе никеля имеют большую популярность в промышленности. Характеристики материала изменяются в зависимости от используемых добавок к основному металлу.
metalloy.ru
Никель, хим. состав и применение никелевых и медно-никелевых сплавов
Никель — высокопрочный пластичный металл серебристо-белого цвета. Был открыт в 1751 году шведским химиком Акселем Кронстедтом. В периодической системе Д. И. Менделеева имеет номер 28 и символ Ni, атомная масса равна 58,71.
Никель — твердый и вязкий металл с ферромагнитными свойствами. Он хорошо поддается сварке, ковке, штамповке и прокатке. Отличается устойчивостью в химически активных средах, в том числе в щелочах. В атмосферных условиях покрывается защитной оксидной пленкой и не окисляется даже при температуре 800 ⁰С.
Физические свойства никеля:
- Температура плавления — 1455 ⁰С.
- Скрытая теплота плавления — 73 кал/г.
- Температура кипения — 2913 ⁰С.
- Скрытая теплота испарения — 1450 кал/г.
- Плотность — 8800 кг/м3.
- Предел прочности при растяжении деформированного никеля — 7500−9000 МПа.
- Предел текучести отожженного никеля — кГ/мм2.
- Предел текучести деформированного никеля — 70 кГ/мм2.
- Теплопроводность — 90,9 Вт/(м*К).
- Удельное электросопротивление — 0,0684 мкОм*м.
- Модуль упругости — 196−210 ГПа.
- Модуль нормальной упругости — 20000 кГ/мм2.
- Модуль сдвига — 7300 кГ/мм2.
- Твердость литого никеля — 60−70 кГ/мм2.
- Твердость отожженного никеля 70−90 кГ/мм2.
- Твердость деформированного никеля — 200 кГ/мм2.
Благодаря своим свойствам никель в чистом виде и особенно в сплавах широко применяется в различных областях промышленности. Металл образует твердые растворы со многими элементами.
Марки и химический состав никеля
Согласно ГОСТ 849-2008, выпускается 7 марок никеля — Н0, Н1Ау, Н1у, Н1, Н2, Н3 и Н4. В их составе содержится от 97,6 до 99,99 % никеля в сумме с небольшим процентом кобальта (Co) — от 0,005 до 0,7 %. Остальную массу занимают примеси:
- Углерод (C) — есть во всех марках никеля.
- Магний (Mg).
- Алюминий (Al).
- Кремний (Si).
- Фосфор (P).
- Сера (S) — есть во всех марках.
- Марганец (Mn).
- Железо (Fe).
- Медь (Cu) — есть во всех марках.
- Цинк (Zn).
- Мышьяк (As)
- Кадмий Cd).
- Олово (Sn).
- Сурьма (Sb).
- Свинец (Pb).
- Висмут (Bi).
Подробный химический состав никеля разных марок представлен в таблице ниже.
| Марка | Химический состав, % | |||||||||||||||||
| Ni и co, не менее | В том числе Co, не более | Примеси, не более | ||||||||||||||||
| C | Mg | Al | Si | P | S | Mn | Fe | Cu | Zn | As | Cd | Sn | Sb | Pb | Bi | |||
| H0 | 99,99 | 0,005 | 0,005 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,002 | 0,001 | 0,0005 | 0,0005 | 0,0003 | 0,0003 | 0,0003 | 0,0003 | 0,0001 |
| h2Ay | 99,95 | 0,1 | 0,001 | 0,001 | — | 0,002 | 0,001 | 0,001 | — | 0,01 | 0,1 | 0,001 | 0,001 | 0,0006 | 0,0005 | 0,0005 | 0,0005 | 0,0001 |
| h2y | 99,95 | 0,1 | 0,01 | 0,001 | — | 0,001 | 0,001 | — | 0,01 | 0,015 | 0,001 | 0,001 | 0,0005 | 0,0005 | 0,0005 | 0,0005 | 0,0003 | |
| h2 | 99,93 | 0,1 | 0,01 | 0,001 | — | 0,002 | 0,001 | 0,001 | — | 0,02 | 0,02 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,0001 | 0,001 | 0,0006 |
| h3 | 99,8 | 0,15 | 0,02 | — | — | 0,002 | — | 0,003 | — | 0,04 | 0,04 | 0,005 | — | — | — | 0,1 | — | |
| h4 | 98,6 | 0,7 | 0,1 | — | — | — | — | 0,03 | — | — | 0,6 | — | — | — | — | — | — | |
| h5 | 97,6 | 0,7 | 0,15 | — | — | — | 0,04 | — | — | 1,0 | — | — | — | — | — | — | ||
Влияние примесей на свойства металла
Сера является одной из наиболее вредных примесей. Она придает никелю краcноломкость, из-за которой ухудшаются свойства металла при обработке давлением. Чтобы нейтрализовать действие серы, добавляют марганец и/или магний.
Углерод в количестве до 0,1 % никак не влияет на свойства металла, однако при большем содержании этого элемента он выпадает из твердого раствора при отжиге и снижает пластичность холодного никеля.
При содержании висмута и свинца в количестве от 0,002 % становится невозможной горячая обработка металла: так как эти элементы почти не растворяютися в твердом состоянии, из-за них разрушается слиток. Поэтому во всех марках никеля количество свинца и висмута ограничено 0,001 и 0,0006 % соответственно.
Алюминий увеличивает электросопротивление никеля. Данный элемент содержится в самой чистой марке — Н0. Кроме того, широко применяются сплавы никеля и алюминия: у них высокая жаропрочность и устойчивость к коррозии.
Железо не оказывает ощутимого влияния на свойства никеля. Кремний раскисляет основной металл, благодаря чему благоприятно влияет на его литейные свойства, химическую стойкость и прочность.
Кобальт повышает жаростойкость, жаропрочность и прочность никеля, а марганец оказывает положительные влияние на технологические и механические свойства металла, улучшает его электросопротивление.
Применение никеля в чистом виде
Для защиты металлов от коррозии
Для этого используются покрытия, которые наносятся гальванопластикой или плакированием. Первый способ применяют для алюминия, чугуна, магния и цинка, второй — для нелегированных сталей и железа.
Для производства металлических изделий, которые имеют постоянные формы и высокую коррозионную устойчивость
Никель в чистом виде стоит дороже, чем железо и сталь, поэтому используется в тех случаях, когда невозможно обойтись другим металлом с никелевым покрытием. Из никеля производят тигли и котлы, цистерны для перевозки и плавления щелочей, хранения реагентов, пищевых продуктов и др. В никелевых трубах изготавливают конденсаты. Инструменты их этого металла устойчивы при взаимодействии с агрессивными элементами, поэтому они практически незаменимы в химических лабораториях и медицинских центрах. Различные приборы из никеля применяются для телевидения, радиолокации и атомной техники.
В качестве катализаторов и фильтров в химической промышленности
Никель обладает такими же каталитическими свойствами, что и палладий, но стоит значительно меньше, поэтому широко используется в виде порошка в реакциях гидрирования спиртов, непредельных и ароматических углеводородов, циклических альдегидов.
Порошок чистого никеля также подходит для создания пористых фильтров, которые используются для фильтрования различных продуктов: топлива, газов и др.
Для механических прерывателей нейтронного пучка.
Свойства никеля позволяют получать нейтронные импульсы с большой энергией, в результате чего пластины из этого металла применяются в ядерной физике.
Также никель используют при изготовлении электродов в щелочных аккумуляторах.
Никелевые сплавы
В сплавах никель (вместе с кобальтом) соединяется с алюминием, кремнием, марганцем, железом и хромом. Согласно ГОСТ 492-73, в них допускается не более 1,4 % примесей. В составе примесей содержится незначительная доля магния, свинца, серы, углерода, висмута, мышьяка, сурьмы, кадмия, олова. Отдельной группой выступают медно-никелевые сплавы.
Все сплавы никеля разделяются на четыре большие группы:
- Конструкционные. Особенность этих сплавов — высокие механические свойства и повышенная устойчивость к коррозии. К этой группе относятся прежде всего сплавы на медно-никелевой основе, такие как мельхиор, монель, нейзильбер. Они хорошо свариваются и поддаются обработке в холодном и горячем виде.
- Жаростойкие. Основными элементами этих сплавов являются никель и железо. Они отличаются высокой жаростойкостью и жаропрочностью, применяются преимущественно для производства электронагревательных приборов. Их также используют для изготовления малогабаритных тензорезисторов и потенциометрических обмоток.
- Термоэлектродные. Это сплавы с высоким удельным сопротивлением и большой электродвижущей силой. Их используют для производства компенсационных проводов, термопар, прецизионных приборов. К данной группе относятся некоторые никелевые (хромель, алюмель) и медно-никелевые (константан, копель, манганин) сплавы.
- Сплавы с особыми свойствами. В эту группу входят сплавы, которые находят особое применение благодаря своим уникальным свойствам. Инвар — сплав никеля и железа, который отличается повышенной упругостью. Он применяется для изготовления эталонов длины, мерных геодезических проволок, несущих конструкций лазеров, деталей часовых механизмов и др. Пермаллой — также сплав никеля и железа, обладающий высокой проницаемостью в магнитных полях. Его используют для производства магнитопроводов, деталей реле, сердечников трансформаторов и др.
Сплав с кремнием
Кремнистый никель НК 0,2 содержит 99,4 % никеля (с кобальтом), 0,15 – 0,25 % кремния и до 0,45 % примесей. Из этого сплава изготавливаются ленты и полосы, которые находят применения в электротехнике: из них делают детали приборов и устройств.
Сплавы никеля и марганца
Марганцевый никель выпускается четырех марок — НМц1, НМц2, НМц2,5 и НМц5. Из сплава НМц1 производят сетки управления ртутных выпрямителей. НМц2 находит применение в электронных лампах повышенной прочности, используется для держателей сеток и др. Проволока из сплавов НМц2,5 и НМц5 используется в свечах двигателей — автомобильных, авиационных и тракторных. НМц5 также применяется для радиоламп.
Алюмель
Алюмель (НМцАК 2-2-1) — сплав никеля, алюминия, марганца и кремния. Он содержит 1,60−2,40 % алюминия, 1,80−2,70 % марганца, 0,85−1,50 кремния, до 0,7 % примесей, остальная часть — никель с кобальтом (кобальта — до 1,2 %). Алюмель применяется для изготовления термопар, которые используются для измерения температуры в различных областях промышленности, системах автоматики, а также в медицине и научных исследованиях.
Хромели
Хромель Т (НХ 9,5) — сплав никеля и 9-10 % хрома с содержанием примесей в количестве не более 1,4 %. Из этого сплава изготавливают проволоку для термопар.
Хромель К (НХ 9) содержит 8,5−10 % хрома и до 1,4 % примесей. Проволока из данного сплава используется для компенсационных проводов.
В состав хромеля ТМ (НХМ 9,5) входит 9−10 % хрома, 0,1−0,6 % кремния и до 0,15 % примесей. Сплав используется для изготовления термопар.
Хромель КМ (НХМ 9) — это сплав никеля, 8,5−10 % хрома, 0,1−0,6 % кремния с содержанием не более 0,15 % примесей. Применяется для изготовления проволоки компенсационных проводов.
Медно-никелевые сплавы
Это сплавы на медной основе, при этом никель является в них основным легирующим элементом. Смешение никеля и меди гарантирует высокую прочность, электросопротивление и устойчивость к коррозии.
В качестве элементов медно-никелевых сплавов могут также выступать алюминий, железо, марганец, цинк, титан, свинец, кремний. Согласно ГОСТ 492-73, допускается не более 2 % примесей, для некоторых сплавов — не более 0,15 %. Наиболее распространенные медно-никелевые сплавы — это копель, константан, мельхиор, нейзильбер, куниаль, манганин, монель.
Копель
Копель (МНМц43-0,5) содержит 0,1−1 % марганца, 42,5−44 % никеля, до 0,6 % примесей, остальная масса приходится на медь. Сплав имеет большую термоэлектродвижущую силу, выпускается в виде проволоки, которая применяется для компенсационных проводов, а также для изготовления термопар.
Константан
Константан (МНМц40-1,5) — термостабильный сплав с высоким удельным электросопротивлением. Он состоит из 1-2 % марганца, 39-41 % никеля, примерно 59 % меди и не более 0,9 % примесей. Константан выпускается в виде проволоки, полос и лент. Используется для изготовления приборов высокого класса точности, реостатов и электронагревательных элементов, компенсационных проводов и термопар.
Мельхиор
Мельхиор (МНЖМц30-1-1) — конструкционный медно-никелевый сплав с содержанием 18-22 % никеля, примерно 80 % меди и не боле 0,6 % примесей. Некоторые разновидности мельхиора содержат железо и марганец. Он обладает высокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Хорошо поддается обработке давлением в холодном и горячем виде — штампуется, режется, чеканится. Его легко паять и полировать. Мельхиор имеет серебристый оттенок, выпускается в виде труб, полос и ленты. Применяется для изготовления монет, недорогих ювелирных украшений и посуды. Из него делают трубные доски кондиционеров, конденсаторные трубы. Сплав также используется в приборостроении.
Нейзильбер
Название нейзильбер (МНЦ15-20) переводится с немецкого как «новое серебро». Такое название он получил из-за того, что напоминает драгоценный металл, но при этом он стоит намного дешевле. Из него делают столовые приборы, которые серебрятся после отливки. В промышленности нейзильбер применяется для производства паровой и водяной арматуры, медицинских инструментов и деталей точных приборов. Из него производят ордены и медали, ювелирные изделия, гитарные лады. Нейзильбер также используется для изготовления финифти и филиграни. Сплав содержит 18-22 % цинка, 13,5-16,5 % никеля, около 38 % меди и не более 0,9 % примесей. Выпускается в виде ленты, труб, полос, проволоки и прутков.
Куниаль
Куниаль — дисперсионно-твердеющий сплав меди, никеля и алюминия. Куниаль А (МНА13-3) содержит 2,3-3 % алюминия, 12-15 % никеля, около 80 % меди и не более 1,9% примесей. Куниаль Б (МНА6-1,5) — 1,2-1,8 % алюминия, 5,5-6,5 % никеля, около 90 % меди и не более 1,1 % примесей.
Куниаль А выпускается в виде прутков, применяется в машиностроении для изделий повышенной прочности. Из куниаля Б изготавливают полосы, которые используются в электротехнике для пружин и других изделий.
Манганин
Манганин (МНМц3-12) — термостабильный сплав, содержащий 11,5-13,5 % марганца, 2,5-3,5 % никеля, около 85 % меди и не более 0,9 % примесей. Он выпускается в виде листов и проволоки, находит применение в измерительной технике: из манганина делают шунты, катушки, добавочные сопротивления, магазины сопротивлений и др.
Монель
Монель (НМЖМц28-2,5-1,5) — сплав на основе никеля, который содержит 2-3 % железа, 1,2-1,8 % марганца, 27-29 % меди и не более 0,6 % примесей. Выпускается в виде лент, полос, листов и проволоки. Применяется в различных сферах промышленности: медицинской, химической, нефтяной, судо- и авиастроительной. Из него делают дрели, музыкальные инструменты, оправы для очков, различные антикоррозионные детали.
ferrolabs.ru
Никелевые сплавы
Никелевые сплавы, сплавы на основе никеля. Способность никеля растворять в себе значительное количество др. металлов и сохранять при этом пластичность привела к созданию большого числа Н. с. Полезные свойства Н. с. в определенной степени обусловлены свойствами самого никеля, среди которых наряду со способностью образовывать твёрдые растворы со многими металлами выделяются ферромагнетизм, высокая коррозионная стойкость в газовых и жидких средах, отсутствие аллотропических превращений.
С конца 19 в. сравнительно широко используются медно-никелевые сплавы, обладающие высокой пластичностью в сочетании с высокой коррозионной стойкостью, ценными электрическими и др. свойствами. Практическое применение находят сплавы типа монель-металла, которые наряду с куниалями выделяются среди конструкционных материалов высокой химической стойкостью в воде, кислотах, крепких щёлочах, на воздухе,
Важную роль в технике играют ферромагнитные сплавы Ni (40—85%) с Fe, относящиеся к классу магнитно-мягких материалов. Среди этих материалов имеются сплавы, характеризующиеся наивысшим значением магнитной проницаемости (Пермаллой), её постоянством, сочетанием высокой намагниченности насыщения и магнитной проницаемости. Такие сплавы применяют во многих областях техники, где требуется высокая чувствительность рабочих элементов к изменению магнитного поля.
Сплавы с 45—55% Ni, легированные в небольших количествах Cu или Со, обладают коэффициентом линейного термического расширения, близким к коэффициенту линейного термического расширения стекла, что используется в тех случаях, когда необходимо иметь герметичный контакт между стеклом и металлом.
Сплавы Ni с Со (4 или 18%) относятся к группе магнитострикционных материалов. Благодаря хорошей коррозионной стойкости в речной и морской воде такие сплавы являются ценным материалом для гидроакустической аппаратуры.
В начале 20 в. стало известно, что жаростойкость Ni на воздухе, достаточно высокая сама по себе, может быть улучшена путём введения Al, Si или Cr. Из сплавов такого типа важное практическое значение благодаря хорошему сочетанию термоэлектрических свойств и жаростойкости сохраняют сплав никеля с Al, Si и Mn (алюмель) и сплав Ni с 10% Cr (хромель). Хромель-алюмелевые термопары относятся к числу наиболее распространенных термопар, применяемых в промышленности и лабораторной технике. Находят практическое использование также термопары из хромеля и копеля.
Важное применение в технике получили жаростойкие сплавы Ni c Cr — нихромы. Наибольшее распространение получили нихромы с 80% Ni, которые до появления хромалей были самыми жаростойкими промышленными материалами. Попытки удешевить нихромы уменьшением содержания в них Ni привели к созданию т. н. ферронихромов, в которых значительная часть Ni замещена Fe. Наиболее распространённой оказалась композиция из 60% Ni, 15% Cr и 25% Fe. Эксплуатационная стойкость большинства нихромов выше, чем ферронихромов, поэтому последние используются, как правило, при более низкой температуре. Нихромы и ферронихромы обладают редким сочетанием высокой жаростойкости и высокого электрического сопротивления (1,05—1,40 мком×м). Поэтому они вместе с хромалями представляют собой два наиболее важных класса сплавов, используемых в виде проволоки и ленты для изготовления высокотемпературных электрических нагревателей. Для электронагревателей в большинстве случаев производят нихромы, легированные кремнием (до 1,5%) в сочетании с микродобавками редкоземельных, щёлочноземельных или др. металлов. Предельная рабочая температура нихромов этого типа составляет, как правило, 1200 °С, у ряда марок 1250 °С.
Н. с., содержащие 15—30% Cr, легированные Al (до 4%), более жаростойки, чем сплавы, легированные Si. Однако из них труднее получить однородную по составу проволоку или ленту, что необходимо для надёжной работы электронагревателей. Поэтому такие Н. с. используются в основном для изготовления жаростойких деталей, не подверженных большим механическим нагрузкам при температурах до 1250 °С.
Во время 2-й мировой войны 1939—45 в Великобритании было начато производство жаропрочных сплавов Ni — Cr — Ti — Al, называемых нимониками. Эти сплавы, возникшие как результат легирования нихрома (типа X20H80) титаном (2,5%) и алюминием (1,2%), имеют заметное преимущество по жаропрочности перед нихромами и специальными легированными сталями. В отличие от ранее применявшихся жаропрочных сталей, работоспособных до 750—800 °С, нимоники оказались пригодными для эксплуатации при более высоких температурах. Появление их послужило мощным толчком для развития авиационных газотурбинных двигателей. За сравнительно короткий срок было создано большое число сложнолегированных сплавов типа нимоник (с Ti, Al, Nb, Ta, Со, Mo, W, В, Zr, Ce, La, Hf) с рабочей температурой 850—1000 °С. Усложнение легирования ухудшает способность сплавов к горячей обработке давлением. Поэтому наряду с деформируемыми сплавами широкое распространение получили литейные сплавы, которые могут быть более легированными, а следовательно, и более жаропрочными (до 1050 °С). Однако для литых сплавов характерны менее однородная структура и, как следствие этого, несколько больший разброс свойств. Опробованы способы создания жаропрочных композиционных материалов введением в никель или Н. с. тугоплавких окислов тория, алюминия, циркония и др. соединений. Наибольшее применение получил Н. с. с высокодисперсными окислами тория.
Важную роль в технике играют легированные сплавы Ni — Cr, Ni — Mo и Ni — Mn, обладающие ценным сочетанием электрических свойств: высоким удельным электрическим сопротивлением (r = 1,3—2,0 мком×м), малым значением температурного коэффициента электрического сопротивления (порядка 10-5 1/°С), малым значением термоэдс в паре с медью (менее 5 мв/°С). По величине температурного коэффициента электрического сопротивления эти сплавы уступают манганину в интервале комнатных температур, однако, имеют в 3—4 раза большее удельное электрическое сопротивление. Главная область применения таких сплавов — малогабаритные резистивные элементы, от которых требуется постоянство электрических свойств в процессе службы. Элементы изготавливаются, как правило, из микропроволоки или тонкой ленты толщиной 5—20 мкм. Сплавы на основе Ni — Mo и Ni — Cr применяют также для изготовления малогабаритных тензорезисторов, характеризующихся почти линейной зависимостью изменения электрического сопротивления от величины упругой деформации.
Для химической аппаратуры, работающей в высокоагрессивных средах, например в соляной, серной и фосфорной кислотах различной концентрации при температурах, близких к температуре кипения, широко используются сплавы Ni — Mo или Ni — Cr — Mo, известные за рубежом под названием хастелой, реманит и др., а в СССР — сплавы марок H70M28, Н70М28Ф, Х15Н55М16В, Х15Н65М16В. Эти сплавы превосходят по коррозионной стойкости в подобных средах все известные коррозионностойкие стали.
В практике применяют ещё целый ряд Н. с. (с Cr, Mo, Fe и др. элементами), обладающих благоприятным сочетанием механических и физико-химических свойств, например коррозионностойкие сплавы для пружин, твёрдые сплавы для штампов и др. Помимо собственно Н. с., никель входит как один из компонентов в состав многих сплавов на основе др. металлов (например, ални сплавы).
studfiles.net
: Металлургия: образование, работа, бизнес :: MarkMet.ru
СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ НИКЕЛЯ
Никель (Ni) — металл серебристо-белого цвета, достаточно твердый и вязкий, имеющий широкое применение и важное значение в технике. Он был открыт в 1751 г. Название элемента происходит от второй части названия минерала «купферникель»— фальшивая медь.
Никель состоит из смеси пяти изотопов с массовыми числами 58, 60, 61, 62, 64. Кроме того, получено шесть искусственных радиоактивных изотопов никеля с массовыми числами 56, 57, 59, 63, 66, 66. Ряд радиоактивных изотопов никеля находит практическое применение. Кристаллическая структура никеля — гранецентрированная. Физические и механические свойства никеля характеризуются следующими данными:
Атомная масса | 58,71 |
Плотность при 20°С, г/см3 | 8,9 |
Температура, °С |
|
плавления | 1455 |
кипения | 3000 |
Скрытая теплота, кал/г: |
|
плавления | 73 |
испарения | 1450 |
Коэффициент линейного расширения при 20—100°С, 1/град | 0,00001с |
Теплопроводность при 0—100°С, кал/(см·сек·град) | 0,142 |
Удельное электросопротивление, ом· мм2/м | 0,068 |
Модуль нормальной упругости, кГ/мм2 | 20000 |
Модуль сдвига, кГ/мм2 | 7300 |
Предел упругости отожженного никеля, кГ/мм2 | 8 |
Предел текучести никеля, кГ/мм2: |
|
отожженного | 12 |
деформированного | 70 |
Временное сопротивление никеля, кГ/мм2: |
|
отожженного | 40—50 |
деформированного | 70-90 |
Относительное удлинение никеля, %: |
|
отожженного | 35—40 |
деформированного . . · · . | 2-4 |
Твердость НВ никеля, кГ/мм2: |
|
литого | 60—70 |
отожженного | 70—90 |
деформированного | 200 |
Ударная вязкость отожженного никеля. кГ/мм2 . | 18 |
Предел усталости никеля на базе 107 циклов. кГ/мм2: |
|
отожженного | 16,6 |
деформированного | 29 |
Никель обладает ценными химическими и механическими свойствами. Хорошая пластичность позволяет получать из него различные изделия методом деформации в холодном и горячем состоянии.
Никель является одним из самых активных катализаторов среди металлов.
Добавки никеля к другим металлам существенным образом изменяют их свойства и создают возможности для получения широкого ассортимента различных очень ценных материалов. Поэтому главной областью применения никеля являются различные сплавы. Известно более 3000 сплавов, в состав которых входит никель. Получение никелевых сплавов основано на различною рода взаимодействиях, в которые вступает никель с другими элементами.
Непрерывные твердые растворы с никелем дают марганец, железо, кобальт, медь, палладий, родий, иридий, платина. Ограниченные твердые растворы с никелем образуют бериллий, бор, углерод, магний, алюминий, кремний, фосфор, титан, ванадий, хром, цинк, галлий, германий, мышьяк, цирконий, ниобий, молибден, рутений, индий, олово, сурьма, лантан, тантал, вольфрам, рений, осмий, висмут и уран.
Различные соединения образуют с никелем водород, азот, кислород, сера, селен, теллур, фтор, хлор, бром и иод. Не взаимодействуют с никелем гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон, литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций, кальций, стронций, барий и иридий.
Никель в чистом виде применяют в качестве антикоррозионных защитных покрытий, наносимых методом плакирования и гальванопластикой. Плакирование никелем применяют для предохранения от коррозии железа и нелегированных сталей путем получения двух- и трехслойного металла. Это значительно удешевляет стоимость изделий, изготовленных из такого металла взамен изделий из чистого никеля. Электролитические покрытия никелем наносят на алюминий, магний, цинк и чугун.
Из чистого никеля изготовляют также различные аппараты, приборы, котлы и тигли с высокой коррозионной стойкостью и постоянством физических свойств, а из никелевых материалов — резервуары и цистерны для хранения в них пищевых продуктов, химических реагентов, эфирных масел, для транспортирования щелочей и других химических и пищевых продуктов, для плавления едких щелочей.
Никелевые трубы применяют для изготовления конденсаторов в производстве водорода, для перекачки щелочей в химическом производстве. Никелевые химически стойкие инструменты широко используют в медицине и научно-исследовательской работе. Никель применяется для приборов радиолокации, телевидения, дистанционного управления процессами в атомной технике. Никелевые пластинки применяют в механических прерывателях нейтронного пучка для получения нейтронных импульсов с большой энергией.
Порошкообразный никель используют в каталитических процессах, в реакциях гидрогенизации непредельных углеводородов, циклических альдегидов, спиртов, ароматических углеводородов. Каталитические свойства никеля аналогичны таким же свойствам платины и палладия. Поэтому никель, как более дешевый материал, широко применяется взамен этих металлов в качестве катализатора при гидрогенизационных процессах.
На основе порошков чистого никеля изготовляют пористые фильтры для фильтрования газов, топлива и других продуктов в химической промышленности. Порошкообразный никель потребляют также в производстве никелевых сплавов и в качестве связки при изготовлении твердых и сверхтвердых материалов.
Никель применяют в качестве аккумуляторных электродов в щелочных аккумуляторах.
В сплавах никель участвует главным образом в сочетании с железом и кобальтом. Он является легирующим элементом в различных конструкционных сталях, а также в магнитных и немагнитных сплавах, сплавах с особыми физическими свойствами, нержавеющих и жаропрочных сталях. Значительно распространены сплавы на никелевой основе в сочетании с хромом, молибденом, алюминием, титаном, бериллием.
Большую группу сплавов представляют сплавы никеля на медной основе — типа монель, нейзильбер, латуни и бронзы. Широко применяетеся никель в чугунах.
Медноникелевый сплав монель, содержащий 68—70% Ni и 28—30% Сu, обладает весьма высокой коррозионной стойкостью в кислотах и щелочах, во влажной и морской атмосфере и поэтому используется в химической и электротехнической промышленности, в морском оборудовании, при производстве и хранении пищевых продуктов и в медицине. Его применяют также для (плакирования железа и стали.
Никель и сплавы на никелевой основе играют важную роль в конструкциях некоторых типов мощных атомных реакторов. Никелевые сплавы применяются з атомных реакторах в качестве защитных высокотемпературных оболочек для предохранения от коррозии урановых стержней.
Большое значение имеют сплавы типа инвар с низким коэффициентом расширения, а также сплавы типа инвар с добавкой кобальта (ковар). Никелевые литые жаропрочные сплавы находят применение в конструкциях стационарных газовых турбин и реактивных двигателей самолетов.
НИКЕЛЕВЫЕ СПЛАВЫ
Сплавы на никелевой основе применяют для электротехнических целей, а также в качестве кислотостойких, жаростойких и жаропрочных материалов.
Для электротехнических целей используют проволоку из марганцовистого никеля марок НМц2,5 и НМц5 для свечей автомобильных, авиационных и тракторных двигателей; из сплавов алюмель и хромель Т для термопар; из сплава хромель К для компенсационных проводов.
Кислотостойкие никелевые сплавы. Материалы этой группы представляют собой сплавы на никелевой основе, легированные хромом, вольфрамом, молибденом, медью и другими элементами. Никелевые сплавы, легированные хромом и вольфрамом, являются стойкими в агрессивных окислительных средах, а cплавы, не содержащие хрома (никель — медь и никель — молибден), являются стойкими в агрессивных неокислительных средах. Для повышения коррозионной стойкости никелевые сплавы легируются кремнием, алюминием и другими элементами.
Сплав монель. Этот сплав относится к кислотостойким сплавам на никелевой основе, содержащим в качестве основного легирующего элемента медь. Он обладает очень высокой коррозионной стойкостью, высоким временным сопротивлением и хорошей пластичностью в холодном и горячем состояниях. Монель-металл практически не подвергается коррозии в сухом воздухе и дистиллированной воде, стоек против действия разбавленной серной кислоты, крепких щелочей, большинства органических кислот, сухих газов яри обычной температуре и морской воды. Химический состав его по ГОСТ 49(2—52 указан в табл. 350 и 351. Монель-металл находит широкое применение для изготовления изделий, от которых требуется высокая коррозионная стойкость и механическая прочность—в химической, судостроительной, медицинской, нефтяной, текстильной и других отраслях машине- и аппаратостроения.
Из монель-металла марки НМЖМц 28-2,5-11,5 изготовляют листы, полосы, ленты, прутки, проволоку, трубы.
Монель К представляет собой обычный монель-металл, легированный алюминием и упрочненный термической обработкой. Его применяют в тех случаях, когда требуется более высокая прочность, чем у обычного Монель-металл а: для клапанов насосов,
пружин и других деталей высокой прочности и высокой коррозионной стойкости. Не рекомендуется применять этот сплав для работы при температурах выше 315°С в средах, содержащих сернистые соединения. Из сплава изготовляют поковки, прутки, ленты, трубы.
Монель S по сравнению с обычным монель-металлом содержит повышенное количество кремния (3—5%). Его применяют для отливки деталей, от которых требуется высокая прочность, гидравлическая плотность, высокая химическая стойкость и хорошая сопротивляемость истиранию: седла клапанов, трущиеся детали газовых турбин и других машин.
Инконель — никелевый сплав, содержащий в качестве основных легирующих элементов хром и железо, применяется для деталей, работающих в окислительных средах и при высоких температурах. Не рекомендуется применять этот сплав для деталей, работающих при температурах выше 815°С в средах, содержащих сернистые соединения.
Большую группу кислотостойких никелевых сплавов составляют сплавы, в состав, которых в качестве одного из основных легирующих элехментов входит молибден.
Хастелой А (ЭИ460). Основными легирующими элементами в сплаве являются молибден и железо. Его применяют для деталей оборудования, работающих в соляной кислоте при температуре до 70°С, в разбавленной (до 50%) серной кислоте вплоть до кипения. Наилучшее сочетание коррозионной стойкости и вязкости сплава достигается после закалки с 1150—1175°С в воде или на воздухе. Не рекомендуется применять сплав в окислительных средах.
Хастелой В (ЭИ461). Этот сплав обладает более высоким содержанием молибдена, чем хастелой А. Кроме того, в его состав входит ванадий. Сплав применяют для изготовления деталей, работающих в соляной кислоте всех концентраций, нагретой вплоть до температуры кипения, а также в других неокислительных кислотах и на воздухе при температурах до 760°С. Оптимальное сочетание свойств сплава достигается после закалки в воде или <на воздухе.
Хастелой С (ЭП375) — сплав на никелевой основе, в котором основными легирующими компонентами являются молибден, Хром, вольфрам и железо. Этот сплав предназначен для изготовления деталей оборудования, работающих при средних температурах в следующих окислительных средах: влажный хлор, гипохлориты, хлорное железо и хлорная медь, азотная и фосфорная кислоты, смеси соляной кислоты с серной кислотой при окислительных условиях, морская вода, уксусная и муравьиная кислоты и их соли. При работе на воздухе сплав может быть использован до 1090ЧС. Сплав не рекомендуется для работы ;в азотной кислоте при температуре выше ЖС.
Хастелой D — сплав на никелевой основе; в качестве главных легирующих элементов он содержит кремний и медь. Его применяют для получения деталей путем литья в землю или в кокиль, работающих с горячими растворами серной кислоты всех концентраций с температурой до 70°С. Не рекомендуется применять этот сплав для работы в окислительных средах. Из-за высокой твердости сплав с большим трудом обрабатывается резанием. Для улучшения обрабатываемости сплав подвергают отжигу при температурах 1050-1080 °С а затем медленно охлаждают
Ха стелой F — сплав, основными компонентами которого являются никель, железо, хром, молибден, таллий и ниобий. Из него изготовляют детали, которые работают в контакте с кислотами и щелочами в окислительно – восстановительных условиях. Он хорошо сопротивляется коррозии под напряжением в растворах хлоридов. Полуфабрикаты из этого сплава поставляют в виде листов, прутков и отливок.
Нионель — никелевый сплав, в котором основными компонентами являются никель, молибден, хром, железо, медь и титан. Сплав применяют для изготовления емкостей под хранение фосфорной и серной кислот, а также горячих растворов каустической соды.
Иллиум G — сплав никеля с хромом, легированный аллюминием, молибденом, железом, вольфрамом, медью. Сплав хорошо сопротивляется воздействию серной, фосфорной, азотной и органических кислот, смесей минеральных кислот и солей, а так- же морской воды, фтористых и сернистых соединений. Сплав используют в химическом машиностроении для высокопрочных литых деталей — для насосов и для оборудования вискозного производства. Не рекомендуется применять сплав для деталей, работающих в контакте с галогенами и их кислотами.
Жаропрочные никелевые сплавы
Сплавы никеля с хромом с присадкой других легирующих элементов — титана, алюминия, молибдена, вольфрама, ниобия, стронция и др. — широко используются в качестве жаропрочных деформируемых материалов. Эти сплавы применяются для изготовления наиболее напряженных деталей газотурбинных двигателей и других силовых установок. Свойства никелевых жаропрочных сплавов в сильной степени зависят от режима термической обработки.
Никелевые литейные жаропрочные сплавы имеют более высокие пределы длительной прочности, чем аналогичные сплавы в деформированном состоянии. Это связано с особенностями кристаллизации сплавов, сопровождающейся образованием карбидных и боридных фаз по границам зерен, затрудняющих развитие трещин по этим границам. Литейные сплавы подвергаются легированию в большей степени, чем деформируемые сплавы, так как в последних оно ограничено необходимостью применения горячей пластической деформации, которая весьма затрудняется при сильном легировании. Литейные сплавы обладают также большей технологичностью, чем деформируемые сплавы, особенно при изготовлении изделий сложной формы. Однако литейные сплавы имеют более низкую ударную вязкость, чем деформируемые сплавы. За счет улучшения качества слитка и применения прогрессивных методов горячей механической обработки разрыв между возможным температурным уровнем работоспособности жаропрочных сплавов в литом и деформированном состояниях значительно сокращен.
Сплавы марок ХН717ТЮ и ХН77ТЮР применяют для изготовления рабочих лопаток и дисков газовых турбин. В состаренном состоянии эти сплавы имеют более высокую прочность и твердость, но (пониженную пластичность и ударную вязкость. Они обладают высокими характеристиками жаропрочности до 750°С. При более высоких температурах надежная работа их сохраняется при пониженных нагрузках.
Сплавы ХН77ТЮ и ХН77ТЮР обладают высоким сопротивлением усталости и окислению и незначительным сопротивлением надрезу. При длительном нагревании перед закалкой поверхностные слои сплавов обедняю гея хромом, титаном и алюминием, поэтому при изготовлении из них лопаток газовых турбин обедненный слой необходимо удалять. Для обеспечения высоких жаропрочных и эксплуатационных свойств необходимо добиваться получения путем ковки и штамповки равномерных зерен металла диаметром 0,5—,1,0 мм.
Из сплавов марок ХН70ВМТЮ и ХН70МВТЮБ изготовляют рабочие лопатки газотурбинных двигателей, работающих при 800—850°С. После механической обработки детали подвергают термической обработке. (Нагревают детали в атмосфере аргона, а дополнительное старение проводят в обычной воздушной среде. После такой обработки детали становятся нечувствительными к надрезу.
Сплав ХН67МВТЮ предназначен для рабочих лопаток газовых турбин, работающих при температурах 770—850°С.
Жаростойкие деформируемые никелевые сплавы превосходят никель по сопротивлению окислению при высоких температурах. Они обладают высокой технологической пластичностью и хорошей свариваемостью. Жаростойкость никеля обычно повышается за счет добавок хрома. Никелевые сплавы с хромом (нихромы) содержат от 15 до 30% Сr. Кроме того, в состав никелевых жаростойких сплавов для повышения жаростойкости вводятся алюминий и другие легирующие элементы.
Никелевые деформируемые жаростойкие сплавы применяют для изготовления деталей, работающих при температурах 700—1100°C.
В качестве конструкционных жаростойких материалов применяются нихромы, которые наряду с высокой жаростойкостью обладают повышенной жаропрочностью. Жаропрочность этих сплавов повышают легированием тугоплавкими элементами, образующими стойкие карбиды или карбонитриды (ниобий, титан).
Деформируемые жаростойкие никелевые сплавы, обладающие удовлетворительной способностью к холодной деформации, пригодны для изготовления деталей из листа методом глубокой вытяжки и гибки.
Применение сплавов:
ХН78Т — жаровые трубы камер сгорания газовых турбин, работающих при 700— 900°С;
ХН75МБТЮ — жаровые трубы камер сгорания газовых турбин, форсажных камер реактивных двигателей, работающих пои 700—900°С;
ΧΗ60В — жаровые трубы камер сгорания турбин, форсажных камер, створок форсажных камер двигателей, работающих при 850—1000°С;
ХН70Ю и ХН60Ю—карманы смесителей жаровых труб, требующих жаростойкости до 1100°C.
markmet.ru
Никеля сплавы — Знаешь как
Сплавы на основе никеля. В пром. масштабах применяются с конца 19 — начала 20 в. С железом, хромом, медью, марганцем, кобальтом, молибденом, вольфрамом и др. элементами никель в широком интервале концентраций образует твердые растворы замещения, что упрочняет сплавы, сохраняя их высокую пластичность. 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.
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). 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). Железоникеле-вый 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 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 (водоохлаждае-мые 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.
Лит: Материалы в машиностроении. Справочник, т. 3.механические свойства металлов, ч. 2. М., 1974; Сервисен С. В., Когаев В.
Вы читаете, статья на тему никеля сплавы
znaesh-kak.com
Никелевые сплавы – это… Что такое Никелевые сплавы?
сплавы на основе никеля (См. Никель). Способность никеля растворять в себе значительное количество др. металлов и сохранять при этом пластичность привела к созданию большого числа Н. с. Полезные свойства Н. с. в определенной степени обусловлены свойствами самого никеля, среди которых наряду со способностью образовывать твёрдые растворы со многими металлами выделяются ферромагнетизм, высокая коррозионная стойкость в газовых и жидких средах, отсутствие аллотропических превращений. С конца 19 в. сравнительно широко используются Медно-никелевые сплавы, обладающие высокой пластичностью в сочетании с высокой коррозионной стойкостью, ценными электрическими и др. свойствами. Практическое применение находят сплавы типа Монель-металла, которые наряду с куниалями (См. Куниаль) выделяются среди конструкционных материалов высокой химической стойкостью в воде, кислотах, крепких щёлочах, на воздухе, Важную роль в технике играют ферромагнитные сплавы Ni (40—85%) с Fe, относящиеся к классу магнитно-мягких материалов (См. Магнитно-мягкие материалы). Среди этих материалов имеются сплавы, характеризующиеся наивысшим значением магнитной проницаемости (см. Пермаллой), её постоянством (см. Перминвар), сочетанием высокой намагниченности насыщения и магнитной проницаемости (см. Перменорм). Такие сплавы применяют во многих областях техники, где требуется высокая чувствительность рабочих элементов к изменению магнитного поля. Сплавы с 45—55% Ni, легированные в небольших количествах Cu или Со, обладают коэффициентом линейного термического расширения, близким к коэффициенту линейного термического расширения стекла, что используется в тех случаях, когда необходимо иметь герметичный контакт между стеклом и металлом (см. также Ковар). Сплавы Ni с Со (4 или 18%) относятся к группе магнитострикционных материалов (См. Магнитострикционные материалы). Благодаря хорошей коррозионной стойкости в речной и морской воде такие сплавы являются ценным материалом для гидроакустической аппаратуры. В начале 20 в. стало известно, что жаростойкость Ni на воздухе, достаточно высокая сама по себе, может быть улучшена путём введения Al, Si или Cr. Из сплавов такого типа важное практическое значение благодаря хорошему сочетанию термоэлектрических свойств и жаростойкости сохраняют сплав никеля с Al, Si и Mn (Алюмель) и сплав Ni с 10% Cr (Хромель). Хромель-алюмелевые термопары относятся к числу наиболее распространенных термопар, применяемых в промышленности и лабораторной технике. Находят практическое использование также термопары из хромеля и копеля (См. Копель). Важное применение в технике получили жаростойкие сплавы Ni c Cr — Нихромы. Наибольшее распространение получили нихромы с 80% Ni, которые до появления хромалей (См. Хромаль) были самыми жаростойкими промышленными материалами. Попытки удешевить нихромы уменьшением содержания в них Ni привели к созданию т. н. ферронихромов, в которых значительная часть Ni замещена Fe. Наиболее распространённой оказалась композиция из 60% Ni, 15% Cr и 25% Fe. Эксплуатационная стойкость большинства нихромов выше, чем ферронихромов, поэтому последние используются, как правило, при более низкой температуре. Нихромы и ферронихромы обладают редким сочетанием высокой жаростойкости и высокого электрического сопротивления (1,05—1,40 мком․м). Поэтому они вместе с хромалями представляют собой два наиболее важных класса сплавов, используемых в виде проволоки и ленты для изготовления высокотемпературных электрических нагревателей. Для электронагревателей в большинстве случаев производят нихромы, легированные кремнием (до 1,5%) в сочетании с микродобавками редкоземельных, щёлочноземельных или др. металлов. Предельная рабочая температура нихромов этого типа составляет, как правило, 1200 °С, у ряда марок 1250 °С.Н. с., содержащие 15—30% Cr, легированные Al (до 4%), более жаростойки, чем сплавы, легированные Si. Однако из них труднее получить однородную по составу проволоку или ленту, что необходимо для надёжной работы электронагревателей. Поэтому такие Н. с. используются в основном для изготовления жаростойких деталей, не подверженных большим механическим нагрузкам при температурах до 1250 °С.
Во время 2-й мировой войны 1939—45 в Великобритании было начато производство жаропрочных сплавов Ni — Cr — Ti — Al, называемых Нимониками. Эти сплавы, возникшие как результат легирования нихрома (типа X20H80) титаном (2,5%) и алюминием (1,2%), имеют заметное преимущество по жаропрочности перед нихромами и специальными легированными сталями. В отличие от ранее применявшихся жаропрочных сталей, работоспособных до 750—800 °С, нимоники оказались пригодными для эксплуатации при более высоких температурах. Появление их послужило мощным толчком для развития авиационных газотурбинных двигателей. За сравнительно короткий срок было создано большое число сложнолегированных сплавов типа нимоник (с Ti, Al, Nb, Ta, Со, Mo, W, В, Zr, Ce, La, Hf) с рабочей температурой 850—1000 °С. Усложнение легирования ухудшает способность сплавов к горячей обработке давлением. Поэтому наряду с деформируемыми сплавами широкое распространение получили литейные сплавы, которые могут быть более легированными, а следовательно, и более жаропрочными (до 1050 °С). Однако для литых сплавов характерны менее однородная структура и, как следствие этого, несколько больший разброс свойств. Опробованы способы создания жаропрочных композиционных материалов (См. Композиционные материалы) введением в никель или Н. с. тугоплавких окислов тория, алюминия, циркония и др. соединений. Наибольшее применение получил Н. с. с высокодисперсными окислами тория (ТД-никель). Важную роль в технике играют легированные сплавы Ni — Cr, Ni — Mo и Ni — Mn, обладающие ценным сочетанием электрических свойств: высоким удельным электрическим сопротивлением (ρ = 1,3—2,0 мком․м), малым значением температурного коэффициента электрического сопротивления (порядка 10-5 1/°С), малым значением термоэдс в паре с медью (менее 5 мв/°С). По величине температурного коэффициента электрического сопротивления эти сплавы уступают Манганину в интервале комнатных температур, однако, имеют в 3—4 раза большее удельное электрическое сопротивление. Главная область применения таких сплавов — малогабаритные резистивные элементы, от которых требуется постоянство электрических свойств в процессе службы. Элементы изготавливаются, как правило, из микропроволоки или тонкой ленты толщиной 5—20 мкм. Сплавы на основе Ni — Mo и Ni — Cr применяют также для изготовления малогабаритных тензорезисторов, характеризующихся почти линейной зависимостью изменения электрического сопротивления от величины упругой деформации. Для химической аппаратуры, работающей в высокоагрессивных средах, например в соляной, серной и фосфорной кислотах различной концентрации при температурах, близких к температуре кипения, широко используются сплавы Ni — Mo или Ni — Cr — Mo, известные за рубежом под названием Хастелой, реманит и др., а в СССР — сплавы марок H70M28, Н70М28Ф, Х15Н55М16В, Х15Н65М16В. Эти сплавы превосходят по коррозионной стойкости в подобных средах все известные коррозионностойкие стали. В практике применяют ещё целый ряд Н. с. (с Cr, Mo, Fe и др. элементами), обладающих благоприятным сочетанием механических и физико-химических свойств, например коррозионностойкие сплавы для пружин, твёрдые сплавы для штампов и др. Помимо собственно Н. с., никель входит как один из компонентов в состав многих сплавов на основе др. металлов (например, Ални сплавы).
Лит.: Бозорт Р., Ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956; Материалы в машиностроении. Выбор и применение, т. 3 — Специальные стали и сплавы, М., 1968; Химушкин Ф. Ф., Жаропрочные стали и сплавы, 2 изд., М., 1969; Бабаков А. А., Приданцев М. В., Коррозионностойкие стали и сплавы, М., 1971.
Л. Л. Жуков.
dic.academic.ru
| Торговая марка | Применение |
| Никель | |
| Никель 200 | Коммерческий чистый никель. Оборудование для пищевой и электронной промышленности, изделия, работающие с едкой щелочью |
| Никель 201 | Аналогично сплаву 200, но предпочтительно при температурах выше 315°С, например, щелочные испарители, лодочки для отбора проб |
| Монель никель—медь | |
| Монель 400 | Клапаны и насосы, морские крепления и зажимы, теплообменники, баки для свежей воды |
| Монель К-500 | Упрочнен старением с высокой прочностью и твердостью. Оси насосов и крыльчаток, детали отделки клапанов, пружины, масляные отстойники, переходные втулки сверлильных станков и инструментов |
| Твердые растворы сплавов никель—хром—железо | |
| Инконель 600 | Имеет высокое сопротивление окислению, для высокотемпературных приложений. Муфельные печи, трубопроводы теплообменников, оборудование для химических и пищевых производств |
| Инколой 800 | Устойчив к водороду, сероводородной коррозии и коррозии под сильным воздействием ионов хлоридов. Углеводородные трубы дробилок, кожухи нагревательных элементов |
| Инколой 800Н | Подобно Инколою 800, но с улучшенной высокотемпературной прочностью |
| Инколой 825 | Имеет высокое сопротивление к окисляющим и восстанавливающим кислотам и морской воде. Испарители фосфорных кислот, при травлении пластин и оснастка для химических процессов |
| Инколой DS | Основного назначения сплав с высоким тепловым сопротивлением. Муфельные печи, высокотемпературное оборудование |
| Нимоник 75 | Имеет хорошую прочность и сопротивление окислению при высоких температурах. Листовой металл, работающий в газовых турбинах, муфельные печи, высокотемпературное оборудование |
| Дисперсионно-упрочненные сплавы никель—хром—железо | |
| Нимоник 80А | Лопатки и части газовых турбин, литье под давлением втулок и сердечников |
| Нимоник 90 | Лопатки и части газовых турбин, горячеобработанный инструмент |
| Нимоник 105 | Лопатки и части газовых турбин, диски и оси |
| Нимоник 115 | Лопатки газовых турбин |
| Нимоник 263 | Кольца газовых турбин, детали из листового металла для эксплуатации до850°С |
| Нимоник РЕ 16 | Детали, работающие при температурах до 600°С, диски газовых турбин и оси |
| Астролой | Материал штампованной поковки для высоких температур |
| ИнкоНХ | Части газовых турбин, печей и оборудования с высоким тепловым сопротивлением |
| Инконель Х750 | Части газовых турбин, болты |
| Рене41 | Лопатки и части двигателей |
| Удимет500 | Части газовых турбин, болты |
| Удимет 700 | Части двигателей |
| Васпалой | Лопатки двигателей |
| Литейные сплавы | |
| В-1900 | Тоже |
| MAR-M200 | Тоже |
| Рене 77 | Части двигателей |
| Рене 80 | Лопатки турбин |
metallsam.ru