никеля сплавы
НИКЕЛЯ СПЛАВЫ
обладают высокой мех. прочностью, коррозионностойкостью, жаростойкостью, жаропрочностью, ферромагнитными и др. особыми физ. свойствами.
В технике преим. используют высоко- и сложнолегирован-ные Н.с., что объясняется способностью Ni растворять в твердом состоянии значит. количества разл. металлов (Cr, Fe, Mo, Al, Ti, Co, Cu, V, W, Mn и др.) при сохранении достаточно высокой пластичности. Большинство Н.с. — твердые растворы замещения, имеющие кубич. гранецентрир. кристаллич. решетку. Получают Н.с., как правило, путем плавления; по технологии изготовления разделяются на деформируемые и литейные.
К о р р о з и о н н о с т о й к и е Н.с. — гл. обр. сплавы Ni-Mo (25–30% Mo), Ni-Cr (35–50% Cr) и Ni-Mo-Cr (13–17% Mo и 14–20% Cr); за рубежом носят назв. хастеллои. По коррозионной стойкости превосходят коррозионностойкие стали. Отличаются высокой мех. прочностью, поддаются всем видам мех. обработки даже в холодном состоянии. Наиб. коррозионную стойкость приобретают после закалки на твердый раствор при температуре 500–1150 °C. Применяют такие Н.с. для изготовления хим. аппаратуры, работающей в высокоагрессивных жидких средах при комнатной и повышенных температурах (см. также коррозионностойкие материалы). Сплавы Ni-Mo устойчивы при работе в HCl, H2SO4, H3PO4, сплавы Ni-Cr — в HNO3, смеси HNO3 и HF, сплавы Ni-Mo-Cr — в окислительно-восстановит. средах.
Известны также коррозионностойкие конструкц. сплавы на основе Ni-Cu. Достоинство таких сплавов-сочетание высокой коррозионной стойкости в воде, крепких щелочах, некоторых кислотах и на воздухе со сравнительно высокой мех. прочностью и хорошей пластичностью в горячем и холодном состоянии. Наиб. известен монель-металл, содержащий 27–29% Cu, 2–3% Fe, 1,2–1,8% Mn. Применяют для изготовления изделий и аппаратов для хим., судостроительной, нефтяной, текстильной и др. промышленности.
К ж а р о с т о й к и м Н.с. относят сплавы Ni-Cr (20–30%) и Ni-Fe-Cr (25–55% Fe, 15–18% Cr), содержащие до 3,5% Al, 2,0% Si, а также небольшие добавки РЗЭ и щел.-зем. металлов; известны под назв. нихром и ферронихром. Отличаются высоким сопротивлением газовой коррозии в атмосфере воздуха (до 1250 °C) и в некоторых окислит. средах. Сочетают жаростойкость с высоким электрич. сопротивлением (1,10–1,40 мкОм∙м). Такие Н.с. применяют наряду со сплавами Fe-Cr-Al (хромалями) для изготовления нагревателей электронагреват. устройств, а также для конструкц. элементов, не подвергающихся большим мех. нагрузкам (муфели, экраны, подины печей).
Ж а р о п р о ч н ы е Н.с. составляют большую группу слож-нолегир. сплавов состава Ni-Cr-Ti-Al. Обычно содержат 12–22% Cr, 0,5–7,5% Al, 0,6–3,0% Ti, отдельные марки (в зависимости от желаемого сочетания свойств)-до 16% Со, 10% W, 6% Mo, 7% Fe, 2% Nb, 0,12% С с добавками В (до 0,22%) или Ce (до 0,025%), напр. нимоник (10–21% Cr, 0,5–6% Al, 0,2–4% Ti, до 22% Со, до 6% Mo), инконель (15% Cu, 9% Fe, 1% Al, Ti, Mo и др.). Характеризуются высокой жаропрочностью в интервале рабочих температур 850–1050 °C. С усложнением легирования сплава и увеличением количества легирующих элементов способность этих сплавов к обработке давлением ухудшается. Поэтому Н.с., содержащие в качестве легирующих элементов Al и Ti в количестве 8–10%, используют обычно в литом состоянии.
Жаропрочные Н.с. представляют собой твердые растворы с включениями интерметаллидных и карбидных фаз, напр. Ni3(Ti, Al), Ni23C6 и др., присутствие которых в мелкодисперсном состоянии обеспечивает упрочнение сплавов. Дополнит. упрочнение достигается при легировании твердого раствора, что способствует замедлению диффузионных процессов и повышению стабильности структуры при высокиx температурах.
Введение тугоплавких оксидов Th, Al, Zr и др. используют при создании композиционных материалов на основе жаропрочных Н.с. Обычно такие материалы изготовляют методами порошковой металлургии.
Жаропрочные Н.с., работающие длит. время в нагруженном состоянии в условиях высоких температур, получают с использованием метода направленной кристаллизации; жаропрочность таких сплавов значительно выше, чем отливок, полученных обычным литьем.
Осн. достоинство жаропрочных Н. с. — сочетание прочности с высокой жаростойкостью и технологичностью, что позволяет использовать их в качестве конструкц. материалов с рабочей температурой до 1050 °C (композиц. материалы-до 1200 °C). По жаропрочности Н.с. уступают тугоплавким сплавам на основе Mo, Nb, Ta, W, но превосходят их по жаростойкости.
Применяют жаропрочные Н.с. в осн. при изготовлении реактивных и газотурбинных двигателей, двигателей внутр. сгорания (см. также жаропрочные сплавы).
Ф е р р о м а г н и т н ы е Н.с. представляют собой гл. обр. сплавы Ni-Fe; содержат 17–60% Fe и до 2% др. легирующих добавок (Mo, Cu, Cr и др.). Объединяются общим назв. пермаллои. Составляют большую группу магнито-мягких сплавов, характеризующихся высокой магн. проницаемостью, малой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис (см. магнитные материалы). В зависимости от соотношения основного и легирующих элементов обладают разл. сочетанием магн. и электрич. характеристик, мех. и др. свойств. Среди них: сплавы (напр., пер-минвар-30% Fe, 23–25% Со, добавки Mo, Cr), отличающиеся особо высокой чувствительностью и постоянной магн. проницаемостью в слабых магн. полях, что используется в телефонии, телевидении, дефектоскопии; сплавы с прямоугольной петлей гистерезиса, обеспечивающие надежную работу переключающих устройств счетно-решающих и вычислит. машин и т. п.; сплавы, отличающиеся слабой чувствительностью магн. свойств к мех. воздействиям, что используется в аппаратуре магн. записи и воспроизведения звука и т. д.
В формировании структуры, обусловливающей желаемые магн. свойства, большое значение имеет чистота материалов и технология изготовления и термич. обработки, которые во мн. случаях проводятся в спец. условиях — в магн. поле, вакууме и др.
К Н.с. с о с о б ы м и ф и з. с веществ а м и относятся сплавы на основе Ni-Cr (10–20% Cr), Ni-Mo (10–23% Mo), Ni-Mn (44–46% Mn), содержащие в качестве легирующих добавок Al, V, Fe, Cr, Cu, Ge и др. Такие сплавы обладают аномальными электрич. свойствами: отличаются близкими к нулю или отрицат. значениями температурного коэф. сопротивления при высоких значениях уд. электрич. сопротивления (до 2 мкОм∙м). Область их применения-малогабаритные ре-зистивные и тензорезистивные элементы, от которых требуется высокое постоянство электрич. свойств в процессе эксплуатации в интервале рабочих температур. Для изготовления резисторов используют, как правило, микропроволоку или ленту толщиной 3–20 мкм. Такие Н.с. полностью вытеснили применявшийся ранее манганин.
Сплав Ni, содержащий 40% Fe и 10% Со, отличается высоким значением температурного значения коэф. электрич. сопротивления (ок. 4∙10−3 град−1) и используется в качестве термодатчика при температурах до 500 °C.
Сплав Ni с 10% Cr и 1% Со (хромель) и сплав Ni с 2,0% Al, 2% Mn, 1,5% Si и 0,8 Ce (алюмель) используют в виде проволоки в качестве электродов термопар, применяемых в промышленности и лаб. технике. Характеризуются хорошей воспроизводимостью значений термоэдс в широком интервале температур (до 1000 °C).
Аморфные сплавы Ni, содержащие в качестве аморфиза-торов до 12% В, 10% Si, 10% Р и 0,2% С, легированные Fe (до 25%), Cr (до 20%) и иногда др. металлами (Со, W, Nb, Mo, V, Ti, Al), применяют в качестве высокотемпературных припоев с температурой пайки 900–1200 °C. Превосходят известные сплавы для припоев на основе благородных и цветных металлов лучшей растекаемостью в процессе пайки, более высокой прочностью и меньшей пористостью шва, более высокой рабочей температурой.
Сплавы на основе интерметаллида NiTi (45–55% Ni), т. наз. нитинолы, обладают эффектом "памяти формы", который заключается в том, что металл, подвергнутый заметной пластич. деформации, при послед. нагреве до определенной температуры обретает свою первонач. форму. Эффективно используются в медицине, радиотехнике, приборостроении, гидрав-лич. системах в виде разл. соединит. деталей и спец. изделий сложной конфигурации.
Сплавы Ni с Al (NiAl3, NiAl2, NiAl, Ni2Al3)- исходные материалы для приготовления никелевых пром. катализаторов (см. катализаторы).
Лит.: Химушин Ф. Ф., Жаропрочные стали и сплавы, М., 1964; Симе Ч., Хагель В., Жаропрочные сплавы, пер. с англ., М., 1976; Прецизионные сплавы. Справочник, под ред. Б. В. Молотилова, 2 изд., М., 1983; Сплавы для нагревателей, М., 1985; Ульянин Е. А., Свистунова Т. В., Левин Ф. Л., Высоколегированные коррозионностойкие сплавы на основе железа и никеля, М., 1986.
Л. Л. Жуков
