Никель и его сплавы: характеристика, свойства, применение

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 отожженного никеля — 4000−5000 МПа.
• 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.

МаркаХимический состав, %Ni и co, не менееВ том числе Co, не болееПримеси, не болееCMgAlSiPSMnFeCuZnAsCdSnSbPbBiH099,990,0050,0050,0010,0010,0010,0010,0010,0010,0020,0010,00050,00050,00030,00030,00030,00030,0001H1Ay99,950,10,0010,001—0,0020,0010,001—0,010,10,0010,0010,00060,00050,00050,00050,0001H1y99,950,10,010,001—0,0020,0010,001—0,010,0150,0010,0010,00050,00050,00050,00050,0003H199,930,10,010,001—0,0020,0010,001—0,020,020,0010,0010,0010,0010,00010,0010,0006H299,80,150,02——0,002—0,003—0,040,040,005———0,1—H398,60,70,1————0,03——0,6——————H497,60,70,15————0,04——1,0——————

Изобретение относится к никель-хром-железо-алюминиевому сплаву с превосходной высокотемпературной коррозионной стойкостью, хорошей стойкостью к ползучести и улучшенной обрабатываемостью.

Аустенитные никель-хром-железо-алюминиевые сплавы с различным содержанием никеля, хрома и алюминия уже давно используются в строительстве печей и в химической обрабатывающей промышленности. Для этого применения требуется хорошая высокотемпературная коррозионная стойкость и хорошая высокотемпературная прочность/сопротивляемость ползучести при температурах выше 1000°С.

В общем, следует отметить, что высокотемпературная коррозионная стойкость сплавов, которая приведена в таблице 1, возрастает с увеличением содержания хрома. Все эти сплавы образуют слой оксида хрома (Cr2O3) с лежащим под ним более или менее закрытым слоем Al2O3. Небольшие добавки элементов, имеющих высокое сродство к кислороду, таких как Y или Ce, улучшают стойкость к окислению. В процессе использования в области применения для создания защитного слоя содержание хрома медленно расходуется. Таким образом, при более высоком содержании хрома срок службы материала увеличивается, так как более высокое содержание хрома, создающего защитный слой, оттягивает временную точку, при которой содержание хрома становится ниже критической точки и оксиды, такие, как Cr2O3, замещаются например, оксидами, содержащими железо и никель. Дальнейшее увеличение высокотемпературной коррозионной стойкости может быть достигнуто путем добавления алюминия и кремния. С определенного минимального содержания, эти элементы образуют непрерывный слой под слоем оксида хрома и таким образом уменьшают расход хрома.

Термостойкость/стойкость к ползучести при указанных температурах улучшается, в том числе за счет высокого содержания углерода.

Примеры таких сплавов приведены в таблице 1. Сплавы, такие как N06025, N06693 или N06603 известны своей высокой коррозионной стойкостью по сравнению с N06600, N06601 и N06690 из-за высокого содержания алюминия. Кроме того, сплавы, такие как N06025 или N06603, в связи с высоким содержанием углерода, показывают отличную высокую термостойкость/стойкость к ползучести при температурах выше 1000°С. Однако например из-за этих высоких уровней содержания алюминия ухудшается обрабатываемость, например деформируемость и свариваемость, причем ухудшение тем сильнее, чем выше содержание алюминия (N06693). То же самое относится к большему содержанию кремния, который образует легкоплавкие интерметаллические фазы с никелем. Для N06025 свариваемость может, например быть достигнута с помощью специальной газовой сварки (Ar с 2% азота) (техническая спецификация Nicrofer 6025 НТ, ThyssenKrupp VDM). Высокое содержание углерода в N06025 и N06603 имеет как результат высокое содержание первичных карбидов, что приводит, например при больших степенях деформации, как это происходит при глубокой вытяжке, к образованию трещин, исходя от первичных карбидов. Подобное происходит и в производстве бесшовных труб. Опять же, проблема усугубляется при увеличении содержания углерода, особенно в N06025.

ЕР 0508058 Al раскрывает аустенитный никель-хром-железный сплав, состоящий из (в % по массе) С 0,12-0,3%, Cr 23-30%, Fe 8-11%, Al 1,8-2,4%, Y 0,01-0,15%, Ti 0,01-1,0%, Nb 0,01-1,0%, Zr 0,01-0,2%, Mg 0,001-0,015%, Ca 0,001-0,01%, N не более 0,03%, Si не более 0,5%, Mn не более 0,25%, Р не более 0,02%, S не более 0,01%, остальное Ni и неизбежные обусловленные выплавкой примеси.

ЕР 0549286 описывает обладающий высокой термостойкостью Ni-Cr — сплав, содержащий 55-65% Ni, 19-25% Cr, 1-4,5% Al, 0,045-0,3% Y, 0,15-1% Ti, 0,005-0,5% C, 0,1-1,5% Si, 0-1% Mn, и, по меньшей мере, 0,005% в общей сложности по меньшей мере, одного из элементов группы, включающей Mg, Ca, Се, <0,5% в сумме Mg+Ca, <1% Се, 0,0001-0,1% В, 0-0,5% Zr, 0,0001-0,2% N, 0-10% Со, остальное железо и примеси.

Из DE 60004737 Т2 известен термостойкий сплав на основе никеля, содержащий ≤0,1% С, 0,01-2% Si, ≤2% Mn, ≤0,005% S, 10-25% Cr, 2,1-<4,5% Al, ≤0,055% N в общей сложности 0,001-1%, по меньшей мере, одного из элементов В, Zr, Hf, причем указанные элементы могут присутствовать в следующих концентрациях: В≤0,03%, Zr≤0,2%, Hf<0,8%. Мо 0,01-15%, W 0,01-9%, причем общее содержание Мо+W может составлять 2,5-15%, Ti 0-3%, Mg 0-0,01%, Ca 0-0,01%, Fe 0-10%, Nb 0-1%, V 0-1%, Y 0-0,1%, La 0-0,1%, Се 0-0,01%, Nd 0-0,1%, Cu 0-5%, Со 0-5%, остальное никель. Для Мо и W, должно быть соблюдено неравенство:

В основу изобретения положена задача создания сплава, который при достаточно высоком содержании никеля, хрома и алюминия имеет:

— хорошую обрабатываемость, т.е. деформируемость, способность к глубокой вытяжке и свариваемость;

— хорошую устойчивость к коррозии аналогично N06025;

— хорошую термостойкость/стойкость к ползучести.

Эта задача решается с помощью никель-хром-железо-алюминиевого-сплава, содержащего (в % по массе) 12-28% хрома, 1,8-3,0% алюминия, 1,0-15% железа, 0,01-0,5% кремния, 0,005-0,5% марганца, 0,01-0,20% иттрия, 0,02-0,60% титана, 0,01-0,2% циркония, 0,0002-0,05% магния, 0,0001-0,05% кальция, 0,03-0,11% углерода, 0,003-0,05% азота, 0,0005-0,008% бора, 0,0001-0,010% кислорода, 0,001-0,030% фосфора, не более 0,010% серы, не более 0,5% молибдена, не более 0,5% вольфрама, остальное никель и обычные технологические примеси, причем должны быть выполнены следующие соотношения:

и Ti, Zr, N, С, это концентрации соответствующих элементов в % по массе.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения могут быть выведены из зависимых подпунктов формулы изобретения.

Диапазон содержания для элемента хрома составляет от 12 до 28%, причем содержание хрома может быть задано и установлено в сплаве в зависимости от области применения.

Предпочтительные диапазоны показаны следующим образом:

Содержание алюминия составляет от 1,8 до 3,0%, а также, в зависимости от области применения сплава, содержание алюминия может быть задано следующим образом:

Содержание железа составляет от 1,0 до 15%, причем в зависимости от области применения, конкретное содержание может быть установлено в диапазоне содержания:

Содержание кремния составляет от 0,01 до 0,50%. Предпочтительно Si может быть включен в сплав в диапазоне содержания:

То же самое относится к элементу марганец, который может присутствовать в сплаве в количестве от 0,005 до 0,5%. Альтернативно предпочтительны следующие диапазоны содержания:

Настоящее изобретение, предпочтительно предполагает, что свойства материала можно существенно регулировать путем добавления иттрия в количествах от 0,01 до 0,20%. Предпочтительно Y может быть включен в сплав в пределах содержания в сплаве:

Кроме того, иттрий может также быть полностью или частично заменен на 0,001-0,20% лантана и/или 0,001-0,20% церия.

Предпочтительно соответствующая замена может быть скорректирована в диапазоне его содержания в сплаве следующим образом:

Содержание титана находится в пределах от 0,02 до 0,60%. Предпочтительно Ti может быть включен в сплав в пределах диапазона содержания:

При необходимости, титан также может быть полностью или частично заменен на 0,001-0,60% ниобия.

Предпочтительно замена может быть использована в сплаве в пределах диапазона содержания:

Кроме того, титан также может быть полностью или частично заменен на от 0,001 до 0,60% тантала.

Предпочтительно замена может быть использована в сплаве в пределах диапазона содержания:

Содержание циркония составляет от 0,01 до 0,20%. Предпочтительно Zr можно использовать в сплаве в диапазоне содержания:

При необходимости цирконий может быть полностью или частично заменен на от 0,001 до 0,2% гафния.

Кроме того, магний содержится в количестве от 0,0002 до 0,05%. Предпочтительным является возможность использовать этот элемент в сплаве в количестве:

Сплав дополнительно содержит кальций в количестве от 0,0001 до 0,05%, в частности от 0,0005 до 0,02%.

Сплав содержит от 0,03 до 0,11% углерода. Предпочтительно он может быть использован в сплаве в пределах диапазона содержания:

Это относится в такой же мере к элементу азот, который содержится в диапазоне от 0,003 до 0,05%. Предпочтительное содержание может составлять:

Элементы бора и кислорода, содержатся в сплаве, следующим образом:

Предпочтительные уровни содержания могут быть даны следующим образом:

Сплав дополнительно содержит фосфор в количестве от 0,001 до 0,030%, в частности, содержит от 0,002 до 0,020% фосфора.

Элемент сера может содержаться в сплаве в количестве:

Молибден и вольфрам могут присутствовать в сплаве по отдельности или в сочетании в количестве не более 0,50%. Предпочтительные уровни содержания могут быть даны следующим образом:

Мо не более 0,20%

Мо не более 0,10%

Мо не более 0,05%

Должны быть выполнены следующие соотношения, которые описывают взаимодействия при замене между Ti, Zr, N и С:

и Ti, Zr, N, С представляют собой концентрации соответствующих элементов в % по массе.

Предпочтительный диапазон может быть установлен:

Если Zr полностью или частично заменен на Hf формулы 3с и 4 изменяются следующим образом:

и Ti, Zr, Hf, N, С представляют собой концентрации соответствующих элементов в % по массе.

Кроме того, сплав может содержать кобальт в диапазоне от 0,01 до 5,0%, который также может быть дополнительно ограничен следующим образом:

Кроме того, в сплаве может содержаться не более 0,1% ванадия.

Наконец, в сплаве могут содержаться также примеси, такие как элементы меди, свинца, цинка и олова:

Cu не более 0,50%

Pb не более 0,002%

Zn не более 0,002%

Sn не более 0,002%.

Количество меди, также может быть дополнительно ограничено следующим образом:

Cu не более 0,015%.

Сплав, соответствующий изобретению, предпочтительно расплавляют открытым плавлением с последующей обработкой в системе вакуум-кислородного обезуглероживания (VOD) или системе сверхнизких частот (VLF). После отливки на блоки или в виде непрерывного литья, сплав в горячем виде формируется в желаемую форму продукта, с промежуточным отжигом между 900°С и 1270°С в течение от 2 ч до 70 ч. Внешняя сторона материала, если это необходимо (даже несколько раз), промежуточно и/или в конце чистки может быть удалена химически и/или механическим способом. После окончания горячей обработки давлением при необходимости может осуществляться холодная обработка давлением с деформацией до 98% от желаемой формы продукта, если это необходимо, с промежуточным отжигом между 800°С и 1250°С в течение от 0,1 мин до 70 ч, если это необходимо, в присутствии инертного газа, такого как, например аргон или водород, с последующим охлаждением на воздухе, в подвижной атмосфере отжига и/или в водяной бане. Затем происходит отжиг в диапазоне температур от 800°С до 1250°С в течение от 0,1 мин до 70 ч, при необходимости в атмосфере защитного газа, такого как аргон или водород, с последующим охлаждением на воздухе, в подвижной атмосфере отжига или в водяной бане. Если необходимо, очистка поверхности материала может быть сделана между химической и/или механической чистками.

Сплав, соответствующий изобретению, может хорошо изготовляться и применяться в виде продуктов: полоса, лист, пруток, проволока, продольная сварная труба и бесшовная труба.

Сплав, соответствующий изобретению, является предпочтительным для создания печей, например таких, как муфельные печи для отжига, для печных роликов или несущих каркасов.

Другой областью применения является использование в виде труб в нефтехимической промышленности или в солнечных электростанциях.

Кроме того, сплав может быть использован в качестве кожуха штифтовых свечей накаливания, в качестве фольги носителя катализатора и в качестве конструктивных элементов в выхлопных системах. Сплав, соответствующий изобретению, хорошо подходит для изготовления деталей глубокой вытяжки.

Деформируемость определяется при испытании на растяжение в соответствии с DIN EN ISO 6892-1 при комнатной температуре. В этом случае определяется предел прочности при растяжении Rp0,2, временное сопротивление растяжению Rm и удлинение А. Удлинение А определяется на разорванном образце из удлинения измерительного отрезка L0:

А=(Lu-L0)/L0 100%=Δ L/L0 100%,

где Lu = измеренная длина после разрыва.

В зависимости от измеренной длины, растяжение при разрыве снабжено индексом:

Например, для А5, измеренная длина L0=5·d0′ где d0 = исходный диаметр цилиндрического образца.

Эксперименты проводились на цилиндрических образцах диаметром 6 мм в области измерения и измерительной длиной L0 30 мм. Образцы отбирали перпендикулярно направлению формирования заготовки. Скорость изменения формы составляла Rp0,2 10 МПа/с при Rm 6,7 10-3 1/с (40%/мин).

Величина удлинения А при испытании на разрыв при комнатной температуре может быть принята как мера пластичности. Хорошо перерабатываемый материал должен иметь удлинение, по меньшей мере, 50%.

Свариваемость оценивается здесь по степени образования горячих трещин (см. информационный лист DVS 1004-1). Чем больше риск образования горячих трещин, тем хуже материал пригоден для сварки. Восприимчивость к горячему растрескиванию тестировалась с помощью модифицированного тестирования с применением нагрузки, действующей вдоль сварного шва (Varestraint) и поперек сварного шва (Transvarestraint) (Modifizierte Varestraint Transvarestraint Test) (MVT-тест) в Федеральном институте исследований и испытаний материалов (см. информационный лист DVS 1004-2). В MVT-тесте на верхней поверхности образца материала с размерами 100 мм × 40 мм × 10 мм вдоль длины полностью механизировано прокладывается с постоянной скоростью подачи шов, образующийся при сварке вольфрамовым электродом в среде инертного газа (WIG-Naht). Когда сварочная дуга проходит через середину образца, на ней вызывается определенная деформация изгиба, в то время как образец посредством штампа изгибается вокруг матрицы известного радиуса. В этой фазе изгиба на MVT-образце в локализованной области тестирования образуются горячие трещины. Для измерений образцы изгибались вдоль сварного шва (Varestraint). Эксперименты были проведены с 1% и 4% деформациями изгиба, скоростью перемещения штампа 2 мм/с, с погонной энергией 7,5 кДж/см, в каждом случае в атмосфере аргона, 5,0 и аргона с 3% азота. Сопротивление горячему растрескиванию определяется количественно следующим образом: суммируются длины всех трещин затвердевания и переплавки, видимых на образце при 25-кратном увеличении под световым микроскопом. Таким же образом определяются трещины из-за потери пластичности (DDC=Ductility Dip Cracks). На основании этих результатов, материал может быть распределен следующим образом на категории: «устойчивый к горячему растрескиванию», «повышенное горячее растрескивание» и «риск горячих трещин».

Коррозионная стойкость при повышенных температурах определяли в тесте на окисление на воздухе при температуре 1100°С, причем тест прерывался каждые 96 ч, а изменение массы образца было определено путем окисления (изменение массы нетто ton). Специфичное (нетто) изменение массы связано с изменением массы на поверхности образца. В каждой партии были испытаны три образца.

Теплостойкость определяется в испытании на растяжение в горячем состоянии в соответствии с DIN EN ISO 6892-2. При этом определяется предел прочности при растяжении Rp0,2, временное сопротивление растяжению прочности на разрыв Rm и удлинение А до разрушения аналогично испытанию на растяжение при комнатной температуре (ISO 6892-1).

Эксперименты проводились на образцах цилиндрической формы диаметром 6 мм в области измерения и первоначальной длины измерения 30 мм. Образцы отбирали перпендикулярно направлению формирования заготовки. Скорость деформации была Rp0,2 8,33 10-5 1/с (0,5% /мин) и Rm 8,33 10-4 1/с (5%/мин).

Образец устанавливали в разрывную машину при комнатной температуре и нагревали до требуемой температуры при отсутствии нагрузки на растяжение. После достижения температуры испытания, образец выдерживали без нагрузки один час (600°С), или два часа (от 700°С до 1100°С) для выравнивания температуры. Затем образец подвергают воздействию растягивающего усилия, так чтобы сохранять требуемую скорость деформации, и испытание начинается.

Сопротивление ползучести определяют через медленное испытание на растяжение (SSRT=Slow Strain Rate Test). Для этого проводится испытание на растяжение в горячем состоянии в соответствии с DIN EN ISO 6892-2 с очень низкими скоростями деформации 1,0×10-6 1/с. Эта скорость растяжения находится уже в области ползучести, так что с помощью сравнения предела прочности при растяжении и, в особенности, временного сопротивления растяжению из медленного испытания на растяжение может быть выполнено ранжирование материалов по отношению к сопротивлению ползучести.

Предел прочности при растяжении Rp0,2, временное сопротивление растяжению Rm и удлинение А до разрыва аналогичны описанному испытанию, установленному при испытании на растяжение при комнатной температуре (EN ISO 6892-1). Для уменьшения времени испытания, эксперименты были прекращены по достижению 30% удлинения, когда Rm достигнуто, или превышено удлинение А для Rm. Эксперименты проводили на образцах цилиндрической формы диаметром около 8 мм в области измерения и длины измерения 40 мм. Образцы были взяты в поперечном направлении формирования заготовки.

Образец устанавливали в разрывной машине при комнатной температуре и нагревали до нужной температуры при отсутствии растягивающей нагрузки. После достижения температуры испытания, образец поддерживали без нагрузки два часа (от 700°С до 1100°С) для выравнивания температуры. Затем образец подвергали воздействию растягивающего усилия, так чтобы поддерживалась требуемая скорость растяжения, и испытание начинается.

Таблицы 2а и 2b показывают состав исследуемых сплавов.

Сплавы N06025 и N06601 являются сплавами соответствующими существующему уровню техники. Сплав, соответствующий изобретению, обозначается как «Е». Анализ сплавов N06025 и N06601 находится в пределах, указанных в таблице 1. Сплав «Е», соответствующий изобретению, имеет содержание С, которое находится в середине между N06025 и N06601. В таблице 2а кроме того приведены также PN и 7,7С-х·а согласно формулам 2 и 4. PN для всех сплавов в таблице 2а больше нуля. 7,7С-х·а находится со значением 0,424 для сплава, соответствующего изобретению, точно в предпочтительной области 0<7,7С-х·а<1,0.

Для сплава N06025, соответствующего существующему уровню техники, показатель 7,7С-х·а больше 1,0, и, при этом, очень большой. Для сплава N06601, соответствующего существующему уровню техники, показатель 7,7С-х·а меньше нуля и при этом слишком маленький.

В данных примерных партиях сравниваются следующие свойства:

— деформируемость на основе испытания на растяжение при комнатной температуре;

— свариваемость с использованием MVT теста;

— устойчивость к коррозии с использованием окисляющего теста;

— теплостойкость с испытанием на растяжение в горячем состоянии;

— сопротивление ползучести с использованием ранжирования результатов из испытаний на медленное растяжение.

В таблице 3 представлены результаты испытания на растяжение при комнатной температуре. Сплав «Е», соответствующий изобретению, показывает удлинение около 80%, которое намного больше, чем у N06025 и N06601. Это не удивительно для N06025 из-за высокого содержания углерода в 0,17% в обеих партиях 163968 160483. Обе партии показывают худшую деформируемость из-за удлинения менее 50%. Для N06601 это, однако, примечательно, поскольку партии 314975 и 156656 имеют содержание углерода 0,045 и 0,053% соответственно, что значительно ниже, чем у соответствующего изобретению сплава с содержанием углерода 0,075%, а так же, как и ожидалось, с удлинением более 50%. Это показывает, что при соблюдении области в границах 0<7,7С-х·а<1,0, возникает превышающая уровень техники деформируемость.

Таблица 4 представляет результаты испытаний MVT теста. N06601 пригоден для сварки как с аргоном так и с аргоном с 3% азота, поскольку все измеренные общие длины трещин для 1% деформации изгиба менее 7,5 мм и все измеренные общие длины трещин для 4% деформации изгиба менее 30 мм. Для N06025 и сплава «Е», соответствующего изобретению, измеренная общая длина трещин более 7,5 мм (1% деформации изгиба) и 30 мм (4% деформации изгиба), так что эти сплавы не пригодны к сварке с аргоном. Для аргона, содержащего 3% азота, измеренная длина трещин явно ниже 7,5 мм (1% деформации изгиба) и 30 мм (4% деформации изгиба), так что сплав N06025 и сплава «Е», соответствующий изобретению, может быть сварен аргоном с 3% азота.

Фиг.1 представляет результаты испытания на окисление при 1100°С на воздухе. Применяется специфическое конкретное (нетто) — изменение массы образцов (в среднем 3 образца каждой партии) как функция от времени выдержки. N06601 партия показывает сначала отрицательное специфическое изменение массы, которое вызвано сильным отслаиванием и испарением оксида хрома. В N06025 и в сплаве «Е», соответствующем изобретению, сначала происходит небольшое увеличение в изменении массы, а затем очень умеренное снижение со временем. Это показывает, что оба сплава при температуре 1100°С, имеют низкую скорость окисления и незначительное отслаивание. Поведение сплава «Е», соответствующего изобретению, как требуется, сравнимо с N06025.

Таблица 5 представляет результаты испытания на растяжение в горячем состоянии при 600°С, 700°С, 800°С, 900°С и 1100°С. Наиболее высокие значения, как для Rp0,2, так и для Rm показывает, как и ожидалось, N06025, а самые низкие значения — N06601. Значения сплава «Е», соответствующего изобретению, лежат между ними, причем при 800°С значения Rp0,2, и Rm сплава «Е», соответствующего изобретению, выше, чем у N06025. Удлинения при испытаниях в горячем состоянии достаточно велики для всех сплавов. При 1100°С на основе точности измерений может быть констатировано отсутствие любых различий между сплавом «Е», соответствующим изобретению, и сплавом N06601.

Таблица 6 представляет результаты испытания на медленное растяжение при 700°С, 800°С и 1100°С. Наиболее высокие значения как для Rp0,2 так и для Rm показывает, как и ожидалось, N06601 и самые низкие значения — N06025. Значения Rp0,2 и Rm для сплава «Е», соответствующего изобретению, лежат между ними при 700°С, а при 800°С они лучше или почти такие же как у N06025. Удлинения при испытаниях на медленное растяжение являются достаточно большими для всех сплавов. При 1100°С с точностью измерений нет более возможности констатировать какие-либо различия между сплавом Е», соответствующим изобретению, и сплавом N06601.

При 700°С и 800°С показатель Rm из результатов испытаний на медленное растяжение N06025 и сплава «Е», соответствующего изобретению, сравним, то есть, можно ожидать, что при этих температурах, сопротивление ползучести N06025 и сплава «Е», соответствующего изобретению, сравнимы. Это показывает, что для сплавов в предпочтительной области 0<7,7С-х·а<1,0 Rm сопротивление ползучести сравнимо с Nicrofer 6025 НТ, при одновременно хорошей обрабатываемости сплава «Е», соответствующего изобретению, по сравнению с N06025.

Заявленные границы сплава «Е», соответствующего изобретению, при этом могут быть обоснованы подробно следующим образом:

Стоимость сплава возрастает с уменьшением содержания железа. Ниже 1% издержки растут непропорционально, поскольку должен быть использован специальный исходный материал. Таким образом, 1% Fe по причинам стоимости следует рассматривать как нижний предел.

По мере увеличения содержания железа уменьшается фазовая стабильность (образование охрупчивающих фаз), особенно с высоким содержанием хрома и алюминия. Таким образом, 15% Fe это разумный верхний предел для сплава, соответствующего изобретению.

Слишком низкие содержания Cr свидетельствуют, что концентрация Cr быстро падает ниже критического предела. Таким образом, 12% Cr, это нижний предел для хрома. Слишком высокие содержания Cr ухудшают обрабатываемость сплава. Таким образом, 28% Cr следует рассматривать как верхний предел.

Формирования слоя оксида алюминия под оксидом хрома уменьшает скорость окисления. Менее 1,8% Al дает слой оксида алюминия недостаточный, чтобы полностью раскрыть его потенциал. Слишком высокие уровни содержания Al влияют на обрабатываемость сплава. Поэтому содержание Al 3,0% является верхней границей.

Si требуется для изготовления сплава. Поэтому необходим минимум содержания в 0,01%. Слишком высокие уровни содержания ухудшают обрабатываемость. Содержание Si поэтому ограничено на 0,5%.

Необходим минимум в 0,005% Mn для улучшения обрабатываемости. Марганец ограничен на 0,5%, так как этот элемент уменьшает стойкость к окислению.

Как уже упоминалось, добавки элементов, имеющих сродство к кислороду, улучшают стойкость к окислению. Они делают это путем их включения в оксидный слой, где они блокируют на границах зерен пути диффузии кислорода.

Существует минимальное содержание в 0,01% Y, необходимое для получения повышенного эффекта стойкости к окислению. Верхний предел установлен на уровне 0,20% по соображениям стоимости.

Y может быть заменен полностью или частично на Се и/или La, так как эти элементы, как и Y, увеличивают стойкость к окислению. Замена возможна от концентрации 0,001%. Верхний предел по причинам стоимости установлен на 0,20% Се, и соответственно 0,20% La.

Титан повышает жаропрочность. Для достижения эффекта, по меньшей мере, необходимо 0,02%. От 0,6% может ухудшиться стойкость к окислению.

Титан может быть полностью или частично заменен на ниобий, так как ниобий увеличивает жаропрочность. Замена возможна от 0,001%. Более высокие уровни содержания значительно увеличивают стоимость. Верхний предел, поэтому, установлен на уровне 0,6%.

Титан также может быть заменен полностью или частично на тантал, поскольку тантал также увеличивает жаропрочность. Замена возможна от 0,001%. Более высокие уровни содержания значительно увеличивают стоимость. Верхний предел, поэтому, установлен на уровне 0,6%.

Минимальное содержание 0,01% Zr необходимо, чтобы сохранить возрастающее действие Zr на жаропрочность и стойкость к окислению. Верхний предел установлен по причинам стоимости на 0,20% Zr.

Zr, при необходимости, может быть заменен полностью или частично на Hf, поскольку этот элемент, как и Zr, увеличивает жаропрочность и стойкость к окислению. Замена возможна от концентрации 0,001%. Верхний предел установлен по причинам стоимости на 0,20% Hf.

Даже очень низкие содержания Mg улучшают обрабатываемость за счет связывания серы, при этом не допускается возникновение легкоплавкой эвтектики NiS. Таким образом, требуется по меньшей мере 0,0002% Mg. При больших количествах могут возникнуть интерметаллические фазы Ni-Mg, которые отчетливо ухудшают пригодность к обработке. Содержание Mg, таким образом, ограничено до 0,05%.

Таким же образом, как и Mg уже очень небольшие содержания Са улучшают обрабатываемость за счет связывания серы, при этом не допускается возникновение легкоплавкой эвтектики NiS. Поэтому для Са требуется минимальное содержание в 0,0001%. В больших количествах содержания могут возникнуть интерметаллические фазы Ni-Ca, которые существенно ухудшают пригодность к обработке. Содержание Са поэтому ограничено на 0,05%.

Необходимо минимальное содержание 0,03% С для хорошего сопротивления ползучести. С ограничен на 0,11%, поскольку этот элемент снижает обрабатываемость.

Требуется минимальное содержание 0,003% N, за счет чего улучшается обрабатываемость материала. N ограничен на 0,05%, поскольку этот элемент снижает стойкость к окислению.

Бор улучшает сопротивление ползучести. Поэтому содержание, по меньшей мере, 0,0005% бора должно присутствовать. Одновременно этот поверхностно-активный элемент ухудшает стойкость к окислению. Поэтому установлено содержание не более 0,008% бора.

Содержание кислорода должно быть менее 0,010% для обеспечения обрабатываемости сплава. Слишком низкие содержания кислорода приводят к увеличению расходов. Содержание кислорода, следовательно, должно быть больше, чем 0,0001%.

Содержание фосфора должно быть менее 0,030%, так как этот поверхностно-активный элемент ухудшает стойкость к окислению. Слишком низкое содержание Р увеличивает расходы. Содержание Р, следовательно ≥0,001% веса.

Содержание серы должно быть установлено как можно более низким, так как этот поверхностно-активный элемент воздействует на стойкость к окислению. Поэтому установлено содержание 0,010% серы.

Молибден ограничен содержанием не более 0,5%, потому что этот элемент уменьшает стойкость к окислению.

Вольфрам ограничен содержанием не более 0,5%, поскольку этот элемент также уменьшает стойкость к окислению.

Следующая формула описывает взаимодействие С, N, Ti и Zr в сплаве:

и Ti, Zr, N, С представляют собой концентрации соответствующих элементов в % по массе.

Если 7,7С-х·а больше 1,0, возникает много первичных карбидов, которые ухудшают деформируемость. Если 7,7С-х·а меньше 0 ухудшается жаропрочность и сопротивление ползучести.

Кобальт может присутствовать в этом сплаве до 5,0%. Более высокие уровни содержания заметно снижают стойкость к окислению. Слишком низкое содержание кобальта увеличивает стоимость. Содержание Со поэтому ≥0,01%.

Ванадий ограничивается содержанием не более 0,1%, потому что этот элемент уменьшает стойкость к окислению.

Медь ограничивается содержанием не более 0,5%, потому что этот элемент уменьшает стойкость к окислению.

Pb ограничивается содержанием не более 0,002%, потому что этот элемент уменьшает стойкость к окислению. То же самое касается Zn и Sn.

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.

Основные характеристики алюминиевых сплавов

Алюминий — известнейший элемент, обладающий малой плотностью (2,7 г/см³) и низкой температурой плавления (около 660 °С). Такое свойство, как высокая пластичность, существенно облегчает прокатку, ковку, волочение и другую обработку этого металла. Кроме того, он характеризуется хорошей электро- и теплопроводностью.

Литейные алюминиевые сплавы отливаются в индукционных печах по специальным технологиям. В качестве исходного материала может выступать не только первичное, но и вторичное сырьё, например, стружка. В последнем случае лом проходит тщательную предварительную подготовку с целью очищения его от грязи, масла и других инородных включений.

Литейные и деформируемые алюминиевые сплавы имеют следующие свойства:

• коррозионную стойкость;
• малую линейную усадку;
• способность к максимальному заполнению ёмкости формы;
• высокую устойчивость к появлению трещин, раковин, газовых пористых пустот и прочих дефектов;
• хорошую жидкотекучесть, позволяющую создавать сложные по конфигурации заготовки.

Для промышленных нужд алюминиевые сплавы поставляются в чушках и отливках. Конкретные свойства материала зависят от вида используемых добавок и их процентного содержания в основной массе.

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.

Область применения

Никель-алюминиевые сплавы, содержащие железо, обычно легируют медью и кобальтом. Полученные соединения используют для изготовления магнитов разнообразных форм. Материал выходит твердый и хрупкий, с крупнозернистой структурой, поэтому изделия из него изготавливают методом отливки, с последующей шлифовкой специальным инструментом. При легировании кобальтом и титаном с применением термомагнитной обработки получаются изделия с наивысшей энергией. Они используются в сильно разомкнутых системах, так как обладают наиболее высокой коэрцитивной силой.

Понятие «сверхпрочный сплав» — часто применяется к высокотемпературным соединениям, которые способны длительное время сохранять надежность, сопротивление ползучести и коррозии при воздействии высоких температур.

Именно эти свойства сплавов на никелевой основе дали возможность использовать их в качестве конструкционного материала для изготовления элементов газотурбинных двигателей. Детали реактивного двигателя — рабочие и сопловые лопатки, диски турбин и другие элементы — работают под воздействием температуры более 1100 °С многие тысячи часов, сохраняя при этом целостность металла.

Лопатки являются одними из самых напряженных элементов газотурбинного двигателя. На них воздействует не только высокая температура, но и огромные статические и динамические нагрузки.

Чтобы предотвратить губительное влияние температурной коррозии, их поверхность покрывается защитным слоем. Для этого используется пакетная цементация либо покрытия, наносимые в газовой среде. В процессе диффузного воздействия происходит обогащение поверхностного слоя обрабатываемой детали алюминием с образованием алюминида никеля, который является основой покрытия.

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.

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.

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 (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.

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.

Введение.

Вопрос коррозии алюминия с никель-фосфорным химическим покрытием имеет огромное значение в технике. Сам по себе алюминий покрывается трудно и всегда существует риск отслоения покрытия даже со временем. Коррозия под покрытием способна в разы ускорить этот процесс. Механизм коррозии покрытого алюминия сложный и многогранный, чтобы разобраться в нем необходимо использовать электрохимические исследования, электронную микроскопию и рентгено-фазовый анализ. Электрохимические испытания проводились в моделируемых катодных и анодных условиях, имитирующих системы топливных элементов PEMFC (polymer electrolyte membrane fuel cells).

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 (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 (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 (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.

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 — 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 (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.

Применение алюминия

В далеком прошлом из-за высокой стоимости алюминия его использовали для изготовления ювелирных изделий. Так, весы с алюминиевыми и золотыми чашами были подарены Д. И. Менделееву в 1889 г.

Когда себестоимость алюминия снизилась, мода на ювелирные изделия из этого металла прошла. Но и в наши дни его используют для изготовления бижутерии. В Японии, например, алюминием заменяют серебро при производстве национальных украшений.

По-прежнему пользуются популярностью столовые приборы и посуда из алюминия. В частности, в армии широко распространены алюминиевые фляжки, котелки и ложки.

Алюминий широко применяют в стекловарении. Высокий коэффициент отражения и низкая стоимость вакуумного напыления — основные причины использования алюминия при изготовления зеркал.

Алюминий зарегистрирован как пищевая добавка Е173. Ее используют в качестве пищевого красителя, а также для сохранения продуктов от плесени. Е173 окрашивает кондитерские изделия в серебристый цвет.

Из-за небольшого веса и низкой стоимости алюминий широко применяют при изготовлении ручного стрелкового оружия — автоматов и пистолетов.

Алюминий и его соединения используют в качестве ракетного горючего в двухкомпонентных ракетных топливах и в качестве горючего компонента в твердых ракетных топливах.

О свойствах железа

Чистое железо — серебристо-серого цвета, обладает пластичностью и ковкостью. Самородные слитки, встречающиеся в природе, имеют ярко выраженный металлический блеск и значительную твердость. На высоте и электропроводность материала, он с помощью свободных электронов легко передает ток. Металл обладает средней тугоплавкостью, размягчается при температуре +1539 градусов по Цельсию и теряет ферромагнитные свойства. Это химически активный элемент. При нормальной температуре легко вступает в реакцию, а при нагревании эти свойства усиливаются. На воздухе покрывается пленкой оксида, которая мешает продолжению реакции. При попадании во влажную среду появляется ржавчина, которая уже не препятствует коррозии. Но, несмотря на это, железо и его сплавы находят широкое применение.

Сфера применения литейных алюминиевых сплавов

В чистом виде алюминий используется крайне редко ввиду его незначительной плотности (порядка 50–80 МН/м²) и малой твёрдости (20–30 по Бринеллю, НВ). Соединение Al с другими компонентами позволяет придать материалу массу полезных физических и механических свойств.

Сегодня алюминиевые литейные сплавы широко применяются в таких областях промышленности, как:

• машиностроение;
• авиационная и космическая отрасли;
• металлургия;
• судостроение;
• химическая и электротехническая сферы.

Изделия, изготовленные из алюминиевых сплавов, встречаются повсеместно. Это и посуда, и упаковка, и стройматериалы, и высоковольтные линии электропередач, и декоративные детали автомобилей.

Мы предлагаем максимальные возможности выбора с учётом технической оснащённости вашего производства. Реализуемые алюминиевые сплавы соответствуют отечественным (ГОСТ 1583-93) и международным (DIN EN 1706) стандартам. Ознакомиться с марками продукции можно посредством таблиц, размещённых ниже.

Сплав железа с никелем

Для улучшения свойств железа, используя различные добавки, получают сплавы. Ученые считали, что получить железоникелевый сплав, учитывая термодинамические свойства металлов, не составит никакого труда. Но на практике они столкнулись с проблемами. При взаимодействии металлов, во время получения сплава железа с никелем, в результате побочного окислительного процесса железо из двухвалентного состояния переходит в трехвалентное.

В результате снижается выход сплава и ухудшаются определенные физические свойства. Для решения этой проблемы в электролит добавляют амины и органические кислоты, которые образуют с трехвалентным железом соединения, обладающие малой растворимостью. В связи с этим эластичность осадка становится лучше, а для его равномерного распределения электролиты перемешивают. Полученный сплав железа с никелем называется инвар.

Фехраль и нихром: сопоставление сплавов

Сплавы фехраль и нихром достаточно похожи, но по мнению многих мастеров, предпочтению следует отдать нихрому. Фехраль и нихром относятся к группе прецизионных сплавов, то есть обладают точно определенными показателями. Хоть и один, и другой из вышеуказанных сплавов имеет значительную ценность для промышленности в силу свойственных ему качеств, имеются отличия, влияющие на «выполнение» поставленных перед ними задач.

Так, к примеру, фехраль считается хрупче, чем нихром, поскольку в его составе отсутствует никель (Ni), который имеет свойство повышать прочность и живучесть сплава в часах.

Твердость и пластичность в обычных условиях

Более высокая пластичность свойственна нихрому. Данный показатель у сплава в процентах примерно равняется 20, но это может зависеть еще и от маркировки.

Фехраль имеет пластичность, которая примерно равна 16 %, но это у марки Х15Ю5. А вот сплав с маркировкой Х23Ю5Т имеет еще меньшую пластичность – 10 %.

Но фехраль более прочен, поскольку в его составе большое количество хрома. Это не позволяет ему быть таким же пластичным, как и нихром.

Фехраль более ломок, так как содержит большой процент хрома.

Навивка фехраля доступна только при высокой температуре (от 300 °С), а нихром можно навить в спираль и при обычной комнатной температуре.

Немного истории

Инвар – это сплав железа с никелем, в состав которого входит 36 % легирующей добавки. Впервые он был открыт во Франции в 1896 году физиком Шарлем Гийомом. В это время он вел работы по поиску недорогого металла для эталонов мер массы и длины, которые изготовляли из очень дорогостоящего платиноиридиевого сплава. Благодаря этому открытию ученый в 1920 году получил Нобелевскую премию в области физики.

Слово «инвар» в переводе с латинского означает неизменный. Это значит, что у сплава железа с никелем коэффициент теплового расширения остается постоянным при широком диапазоне изменения температур — от -80 до 100 градусов по Цельсию. Этот сплав имеет и несколько других названий: нилвар, вакодил, нило-аллой, радиометалл. Invar является торговой маркой компании Imphy Alloys Inc., которая принадлежит сталелитейному концерну Arcelor Mittal.