Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов

Подождите немного. Документ загружается.

Продолжение табл. 51

Физико-механические свойства

Марка сплава

и наименование

удельное

электросопро

тивление,

ом-мм2;м

С.

сч

-S

ocf

Применение

Никель полуфабрикатный:

НПО

НП1

НП2

НПЗ

0 08 2-0 092 21000 12

35-40

Листы, ленты, прутки, трубки и проволока

для производства изделий приборостроения,

машиностроения, электровакуумной техники

и т. д.

Никель кремнистый

НК0,2

НМц2 5

0 140 21000

Ленты, проволока, трубки для электрова

куумной промышленности

Проволока для изготовления запальных

НМцБ

0 195

21000

40-4 5

140

свечей в двигателях внутреннего сгорания

Для изготовления деталей радиоламп и

НМЖМц28— 2,5— 1 5

0 425

18200

65-7 5

130

для свечей двигателя внутреннего сгорания

Листы, ленты, прутки, трубы, проволока

МНМц43—0 5 (копель)

0 4 9 -0 50

9500 14

40 35

72 90

для изготовления деталей, работающих в

агрессивных средах

Проволока для компенсационных проводов

МНМц40—1 5 (конетан-

0 48

16600

71 90

и температур (в паре с хромелем или же

лезом), в радиотехнической аппаратуре

Проволока для реостатов нагревательных

тан)

НХ9 5 (хромель 1). НХ9

0 ,6 - 0 ,7

35-45

175

приборов, термопар и т. п.

Проволока для термопар (положительный

(хромель 2)

НМцАК2—2—1 (алю-

мель)

0 25—0 35

—

130

электрод)

Проволока в качестве компенсационных

проводов

Проволока для компенсационных проводов

и в пирометрии как отрицательный электрод

хромель-алюмелевой термопары

Продолжение табл. 51

Основные компоненты, %

Марка сплава

и наименование

удельное

электросопро

тивление,

ом-мм21м

е»

CNJ

«Г

Применение

Х20Н80 (нихром)

1 15

21700 8

50 75

Проволока, ленты, шины для нагреватель

ных элементов

Х15Н60 (нихром)

1 1

21800

64 28-30

200

То же

65НП (пермаллой)

Для магнитов с большой начальной маг

нитной проницаемостью

79НМ (супермаллой)

ЭИ269

—

То же

Немагнитный сплав

Инвар

Для деталей приборов с минимальным рас

ширением при нагревании

Элинвар

Маятники хронометров, головки, пружины

и другие детали приборов с малым коэффи

циентом расширения с постоянными упруги

ми свойствами

Платинит

Заменитель платины в лампах накаливания

и др., где сочетание стекла с металлом тре

бует одинакового расширения при нагреве

Ковар

Для деталей приборов, имеющих соедине

ния со стеклом

50КФП (пермендур)

Сплав с высоким магнитным насыщением

электротехнические, сплавы с особыми физическими и химиче

скими свойствами, жаропрочные и жаростойкие сплавы.

Химический состав и основные физико-механические свой

ства никелевых сплавов даны в табл. 51

Ниже рассмотрены отдельные группы никелевых сплавов.

1. Конструкционные сплавы

Технический никель (по новому стандарту никель — по-

луфабрикатный НПЗ, НП4) Состав и основные свойства техни

ческого никеля даны в табл. 51

В техническом (полуфаб

рикатом ) никеле содержатся

небольшие добавки марганца,

кремния, углерода и магния,

которые обычно вводят как

раскислители и десульфурато-

ры. Технический никель напяду

с высокой коррозионной стой

костью обладает повышенными

механическими свойствами, что

обеспечивает ему широкое рас

пространение в различных от

раслях техники.

М о н е л ь-м е т а л л является

прочным и весьма коррозион

ностойким сплавом. Он удов

летворительно переносит горя

чую и холодную обработку

давлением, что позволяет по

лучать различные полуфабри

каты листы, ленты, полосы,

прутки, проволоку

Монель-металл хорошо сопротивляется действию агрессив

ных газов при высоких температурах и сохраняет прочность при

нагреве до температуры 400° С. Сплав хорошо противостоит дей

ствию атмосферы, водных растворов солей и щелочей, пара и

органических кислот

По своей структуре монель-металл относится к сплавам типа

твердых растворов (см. диаграмму состояния Ni — Си на

рис. 109) Небольшие присадки железа и кремния, так же как

медь, находятся в растворе и самостоятельных фаз не образу

ют Микроструктура сплава подобна чистому никелю.

Изменение некоторых физико-механических свойств двойных

сплавов Ni Си в зависимости от концентрации никеля пока

зано на рис. 113.

Добавки марганца и железа, входящие в твердый раствор,

дополнительно повышают прочность монель-металла и улучша

ют его другие физико-химические свойства.

< о го ьо оо во юо

си ш;/. ш

Рис. ИЗ. Изменение электросопро-

тивления, температурного коэффи

циента электросопротивления и

твердости сплавов меди с никелем

в зависимости от их состава

213

Механические свойства монель-металла, легированного же

лезом и марганцем (НМЖМц28-2,5-1,5 , и некоторые его физи

ко-механические константы указаны в табл. 51

Монель-металл широко применяют в химическом аппарато-

строении, приборостроении, для изготовления медицинского ин

струмента и в других областях техники, где к изделиям предъ

являют высокие требования в отношении прочности и коррози

онной стойкости.

2. Электротехнические и электровакуумные сплавы

Для катодов и других деталей радиоламп наряду с малоле

гированным кремнистым никелем (НК0,2) и никелем НП2 при

меняют никель высокой чистоты марок НП9 и НП1 По своим

механическим свойствам

и структуре кремнистый

никель и никель марки

НП2 не отличаются от

технического никеля и

лишь превосходят его по

чистоте.

Никель высокой чисто

ты марок НПО и НП1 вы

плавляют в вакууме; он

характеризуется низкой

температурой рекристал

лизации и высокой пла

стичностью.

Марганцевый никель

марок НМц2,5 и НМц5

обладает повышенной жа

ростойкостью, износостой

костью и хорошей пла

стичностью.

Из марганцевого никеля изготавливают главным образом

проволоку для запальных свечей двигателей внутреннего сго

рания.

По своей структуре сплавы никеля с марганцем являются

твердыми растворами.

К группе термоэлектродных материалов относятся сплавы

хромель марок НХ9 и НХ9,5, алюмель НМцАК2-2-1, копель

МНМц48-0,5, а также частично константан МНМц40-1,5 и ни

хром Х20Н80.

Сплавы НХ9,5 (хромель 1) и НХ9 хромель 2) являются

двойными сплавами никеля с хромом с небольшими добавками

марганца. Согласно диаграмме состояния Ni Сг (рис. 114 ,

эти сплавы являются твердым раствором хрома в никеле.

2000

1930

т о

1800

Рис. 114. Диаграмма состояния Ni Сг

214

Легирование никеля хромом приводит к повышению его элек

тросопротивления, жаропрочности и жаростойкости.

Хромель НХ9,5 применяют в термопарах положительный

электрод), а хромель НХ9 в качестве компенсационных про

водов.

Сплав НМцАК2-2-1 алюмель также относится к сплавам

типа твердых растворов, так как марганец, алюминий и кремний

в указанных количествах полностью растворяются в никеле.

Алюмель применяется для термопар как отрицательный элек

трод в паре с хромелем НХ9,5.

Температура;9С

Рис. 115. Электродвижущая сила различных термопар

(температура холодных спаев 0°С) [4]:

/ — медь — константан; II — железо — константан; III —

серебро-константан; IV — никель — нихром; V — платина

платина + 10% родия

Термопары алюмель — хромель можно применять для изме

рения температур от 300 до 1000° С. При 1000й С эта термопара

развивает термоэлектродвижущую силу, в два раза большую,

чем термопара платина-платинородий.

Сплав МНМц40-1,5 константан является типичным трой

ным твердым раствором никеля и марганца в меди. Этот сплав

в паре с медью, серебром и железом дает большую т э. д. с. при

очень малом температурном коэффициенте (рис. 115)

Константан достаточно коррозионностоек, относительно ж а

ростоек, имеет высокие механические свойства и хорошо обра

батывается давлением. Термопары, содержащие константан,

могут употребляться до 500—600° С без специальной защиты.

Сплав МНМц43-03 (копель) является аналогом константана,

но содержит несколько больше никеля. Этот сплав отличается

215

высоким удельным электросопротивлением, в паре с медью, хро-

мелем и железом дает большую т э. д. с. при очень малом тем

пературном коэффициенте. Применяется в качестве компенса

ционного провода, отрицательного электрода термопар и в

радиотехнических приборах для рабочих температур, не превы

шающих 600° С.

Помимо описанных выше термопарных материалов, в техни

ке широко используют в качестве одного из проводов в термо

парах сплав нихром, состав и свойства которого рассмотрены

ниже.

Нихром в паре с никелем никель-нихромовая термопара)

дает высокую т э. д. с. (см. рис. 115 , такой незащищенной тер

мопарой можно измерять температуры до 900° С.

Очень большой т э. д. с. обладают также термопары ни

хром константан и железо копель. Первые из них имеют

при 600° С т э. д. с. 43, а вторые 36 мв

Благодаря высокому электросопротивлению и жаростойкости

хромель, копель, константан и особенно нихром марок Х20Н80

и Х15Н60) применяют для изготовления реостатов и магазинов

сопротивления (реостатные сплавы) и для нагревательных эле

ментов различных электрических приборов и электрических це

пей сплавы высокого электросопротивления)

Сплав Х20Н80 является типичным сплавом сопротивления.

Его удельное электрическое сопротивление приблизительно в

70 раз больше, чем у меди (1,15 ом мм2 м для нихрома против

0,0172 ом мм2 м для меди) Важными качествами нихрома яв

ляются также его высокая жаростойкость и жаропрочность, по

вышенная коррозионная стойкость.

Являясь сплавом типа твердого раствора, нихром хорошо

обрабатывается давлением и из него можно получить различ

ные полуфабрикаты проволоку, ленту, шины, прутки и т д. Ни

хромы являются основным сплавом для нагревательных элемен

тов печей с рабочей температурой до 1000° С

Рабочую температуру нихромов можно повысить до 1150—

1200° С введением в сплав до 0,1% церия. Одновременно с этим

увеличивается более чем в 10 раз эксплуатационная стойкость

нагреваемых приборов [71].

Сплав Х15Н60 относится к сплавам тройной системы

Ni Сг Fe, так как содержит до 25% железа. По своему со

ставу этот сплав принадлежит к однофазной области и являет

ся тройным твердым раствором хрома и железа в никеле.

Электросопротивление сплавов Ni Cr Fe зависит от со

держания в них никеля и хрома. Наибольшее электрическое

сопротивление соответствует сплавам с 60% N и 15—20% Сг

Введение в никелевохромовые сплавы железа несколько сни

жает их жаростойкость, а поэтому нихром типа Х15Н60 можно

применять для рабочих температур, не превышающих 800—

900° С.

216

Со сплавами Х20Н80 и Х1660 конкурируют тройные сплавы

на железной основе, содержащие 4—7% А1, 20—35% Сг, иногда

до 3% Со и небольшое количество углерода (до 0,1% Эти

сплавы, известные под названием канталь, магапир и др.1, име

ют более высокое электрическое сопротивление, чем нихром, и

характеризуются большой жаростойкостью, вызванной плотной

пленкой окиси, богатой А120 3. Рабочая температура данных

сплавов может доходить до 1300° С

Сплавы копель и константан, помимо высокого электросо

противления, характеризуются очень низкими значениями тем

пературного коэффициента электросопротивления Последнее

очень важно для точных измерительных приборов с большим

электрическим сопротивлением (магазинов сопротивления, из

мерительных мостиков сопротивления, реостатов и т п. , где уже

незначительные изменения электросопротивления при нагреве

могут приводить к неправильным показаниям.

3. Сплавы с особыми физическими

и химическими свойствами

В современном приборостроении и машиностроении требуют

ся сплавы с самыми разнообразными свойствами, в том числе

с особыми физическими константами.

Так, например, для изготовления деталей некоторых прибо

ров и аппаратуры (эталоны длины, маятники хронометров

и т д. требуются материалы, которые не должны менять своих

размеров с изменением температуры или эти изменения должны

укладываться в определенные пределы.

Для создания постоянных магнитов требуются материалы,

имеющие большое остаточное намагничивание остаточная ин

дукция) и большую коэрцитивную силу

Для магнитопроводов сердечники и якори электромагнитов,

сердечники трансформаторов и т д.), наоборот, требуются ма

териалы с большой максимальной индукцией с большой маг

нитной проницаемостью и минимальной остаточной индукцией.

Наконец, для ряда приборов требуются материалы, не обла

дающие способностью намагничиваться Наиболее ценными

материалами в этом отношении являются сплавы, созданные на

основе системы Ni Fe.

При высоких температурах (выше 1000° С) никель с желе

зом образует непрерывный ряд твердых растворов с кубической

гранецентрированной решеткой (у-раствор)

У сплавов железо никель коэффициент линейного расши

рения и магнитная проницаемость при прибавлении никеля из-

1 Отечественный сплав данного типа, разработанный проф. И. И. Корни

ловым, имеет следующий состав: 0,05% С, 25—27% Сг б—8% А1, остальное Fe.

217

меняются по сложным зависимостям. Эти зависимости в виде

графиков представлены на рис. 116 и 117

Из графика рис. 116 следует, что если у чистого железа ко

эффициент линейного расширения при 100° С равен 12,7 10-6,

то для сплава с 35—37% Ni этот коэффициент составляет уже

1,8 10_6, т е. уменьшается примерно в 7 раз.

Сплав, содержащий 35—37% Ni, около 0,3% С, остальное

железо, называется инвар. Этот сплав практически не расши

ряется при повышении температуры до 100° С. Он применяется

для деталей, которые должны

иметь постоянные размеры с

изменением температуры.

Введение в инвар 8—12%

Сг придает сплаву способность

сохранять не только постоян

§ § 16000

I *

12000

§ *Vi

^ §

8000

т о

Рис. 116. Изменение коэффициента

линейного расширения сплавов

Ni Fe

UO 60

Ni;/o

Рис. 117 Изменение магнитной

проницаемости сплавов Ni Fe

ство размеров, но и постоянные упругие свойства при нагрева

нии до 100° С Этот сплав, названный элинвар (35—37% Ni,

8—12% Сг 0,3—0,1% С, остальное Fe), находит применение в

приборостроении (маятники хронометров, часовые пружины,

камертоны и т д.)

Меняя содержание никеля в интервале концентрации от 30

до 50% можно получать сплавы с различными коэффициентами

расширения. Так, например, при содержании 42—48% Ni,

0,3% С, остальное железо получаем сплав с коэффициентом рас

ширения таким же, как для платины и стекла.

Этот сплав, названный платинитом, служит заменителем

платины в изделиях, где соединения стекла с металлом требуют

одинакового расширения при нагревании (например, вводы в

лампы накаливания)

За последние годы были предложены сплавы никеля с же

лезом с добавками кобальта (ковар), содержащие от 20 до

30% Ni и от 20 до 40% Со. Некоторые из этих сплавов имеют

218

нулевой и даже отрицательный коэффициент линейного расши

рения.

Из графика зависимости магнитной проницаемости от кон

центрации никеля см. рис. 117) в железоникелевых сплавах

следует, что при содержании последнего около 80% магнитная

проницаемость резко возрастает и превосходит 10000 гс/эрст

Сплав такого состава, содержащий 78,5% Ni и 21,5% Fe, назы

вается пермаллоем.

Высокие магнитные свойства сплав приобретает после спе

циальной термической обработки гомогенизации при 1200° С

в атмосфере водорода, вторичного нагрева до 600° С с последу

ющим охлаждением со строго определенной скоростью. Этот

сплав применяют для деталей приборов, которые должны силь

но намагничиваться даже в слабых магнитных полях (в прибо

рах слаботочной промышленности

За последние годы получил распространение так называемый

молибденовый пермаллой супермаллой содержащий около

78—79% Ni, 3% Мо, остальное железо, который имеет еще

большую способность к намагничиванию. Для постоянных маг

нитов с большим остаточным намагничиванием, с большой ко

эрцитивной силой получили распространение сплавы системы

Ni Al Fe алии) и Ni Al Fe Со (алнико

Высокие магнитные свойства этих сплавов достигаются в ре

зультате специальной термической обработки (закалки и отпуска,

нормализации и т д.). В процессе отпуска из закаленного сплава

выделяются частицы различных интерметаллидов (Ni3Al, FeAl и

др ) которые не только повышают механические свойства спла

вов, но и увеличивают коэрцитивную силу

Наконец, в качестве немагнитных материалов применяют

сплавы тройной системы Ni Fe — С (25% Ni, 2,5% Сг, 0,3% С,

остальное Fe) и четверной системы Ni Fe Сг Мп (12% Ni,

4% Сг 5% Мп, 0,5% С, остальное Fe)

Эти сплавы после закалки с 900° С в масле имеют аустенитную

структуру с магнитной проницаемостью, близкой к единице.

Подробно все эти материалы и другие сплавы с особыми физи

ческими свойствами описаны в соответствующих руководствах

см., например, А. С. ЗаймовскийиВ. В Усов. Металлы и

сплавы в электронике. Госэнергоиздат 1949)

За последние годы в химическом аппаратостроении в каче

стве коррозионностойких материалов широкое применение полу

чили никелевые сплавы на основе систем Ni Си, Ni Мо

Fe, дополнительно легированные алюминием, кремнием, мар

ганцем и другими элементами. Химический состав и физико

механические свойства коррозионностойких никелевых сплавов

приведены в табл. 52 [9].

На рис. 116 атласа показана микроструктура сплава типа

хастеллой. Указанные сплавы являются основными конструкци

онными материалами химического машиностроения.

219

Таблица 52

Состав, физико-механические свойства и применение коррозионностойких никелевых сплавов (9)

Я К a

Наименование материала

Химический состав, %

U Q £ Й

ю Й

a s

о £

S2|--

я О

£•

•**.

и марка

’O'sS S о

§©

U. t\>

>> H *

H д sc

-ь

Монель-металл 1,2—1 8Мп, 0,2Si, 2—3Fe, 0 ЗС, 27

8 84 0 127 0 062

17500

49 -5 9

(НМЖМц28—2 ,5 -1 5)

29Cu, остальное Ni

Монель К

lMn, ISi, 2—4A1, 2Fe, 0 25C, 63-70N i,

остальное Cu

8 47

0,127

0 045

91 -105

Монель 3

0 5—1 5Mn, 3—5Si, 0 5A1, 0 25C, 3Fe,

62—68Ni, остальное Cu

8 36

12 2

14802 77

-102

Никонель IFe, 0 5Si, 14—17Cr 6-10Fe, 0,11C,

остальное Ni

8 51

0 109 0 036

11 5

-70

Хастеллой А (ЭИ4601)

3Mn, ISi, 20—22Mo, 18-20Fe, 0 12C, 8 8

0 094 0 04

19000

77-

-8 4

остальное Ni

Хастеллой В (ЭИ461)

3Mn, ISi, lCr 26-30M o, 4—7Fe, 0 3V, 9 24 0 091

0 027

21500

85-

-9 8

0 12C, остальное Ni

Хастеллой С (ЭП375)

lMn, ISi, 15—17Cr 16-17Mo, 4,5-7F e,

8 94

0 092 0 03 11 3

21000

85 -9 0

3,7—5 2W, 0 12C, остальное Ni

Хастеллой D

0,8 -lM n 8 5—lOSi, lCr IFe, 3 6 -

6 5Cu, 0,12C, остальное Ni

7 8 0,109

0 05

20300

Хастеллой F 21— 23Cr 5 ,5 -7 5Mo, 44-47N i, 1 7

2 5Nb + Та, остальное Fe

8 17

0 102 14 2

20400

Хастеллой W

lMn, ISi, 5,5Cr 2 5Co, 25Mo, 5 5Fe,

0,6V, остальное Ni

9 03

11 3

Хастеллой X 22Cr, 9Mo, 20Fe, 45Ni 8 23 0 105 13 8 80

Нионель

0 5Mn, 0,5Si, 19 5—23 5Cr, 25—35Mo,

1 5—3Cu, 38—46Ni, 0 6 -1 2Ti, осталь

ное Fe

7 86

12 9

19900

Иллиум С

lMn, 18-22Сг 2A1, 6Mo, 6Fe, 3W 6Co, 8,56

0 105 0 029 12 9 7100 48

остальное Ni