Никеля сплавы

НИКЕЛЯ СПЛАВЫ, обладают высокой мех. прочностью, коррозионностойкостью, жаростойкостью, жаропрочностью, ферромагнитными и др. особыми физ. св-вами.

В технике преим. используют высоко- и сложнолегирован-ные никеля сплавы, что объясняется способностью Ni растворять в твердом состоянии значит. кол-ва разл. металлов (Cr, Fe, Mo, Al, Ti, Co, Cu, V, W, Mn и др.) при сохранении достаточно высокой пластичности. Большинство никеля сплавов .-твердые р-ры замещения, имеющие кубич. гранецентрир. кристаллич. решетку. Получают никеля сплавы, как правило, путем плавления; по технологии изготовления разделяются на деформируемые и литейные.

Коррозионно стойкие никеля сплавы -гл. обр. сплавы Ni-Mo (25-30% Mo), Ni-Cr (35-50% Сг) и Ni-Mo-Cr (13-17% Mo и 14-20% Сr); 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 р-р при т-ре 500-1150°С. Применяют такие никеля сплавы для изготовления хим. аппаратуры, работающей в высокоагрессивных жидких средах при комнатной и повышенных т-рах (см. также Коррозионностойкие материалы). Сплавы Ni-Mo устойчивы при работе в НСl, H₂SO₄, H₃PO₄, сплавы Ni-Cr-в HNO₃, смеси HNO₃ и HF, сплавы Ni-Mo-Cr-в окислит.-восстановит. средах.

Известны также коррозионностойкие конструкц. сплавы на основе Ni-Cu. Достоинство таких сплавов-сочетание высокой коррозионной стойкости в воде, крепких щелочах, нек-рых к-тах и на воздухе со сравнительно высокой мех. прочностью и хорошей пластичностью в горячем и холодном состоянии. Наиб. известен монель-металл, содержащий 27-29% Си, 2-3% Fe, 1,2-1,8% Mn. Применяют для изготовления изделий и аппаратов для хим., судостроительной, нефтяной, текстильной и др. пром-сти.

К жаростойким никеля сплавам относят сплавы Ni-Cr (20-30%) и Ni-Fe-Cr (25-55% Fe, 15-18% Сr), 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 °С) и в нек-рых окислит. средах. Сочетают жаростойкость с высоким электрич. сопротивлением (1,10-1,40 мкОм^.м). Такие никеля сплавы 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).

Жаропрочные никеля сплавы составляют большую группу слож-нолегир. сплавов состава Ni-Cr-Ti-Al. Обычно содержат 12-22% Сr, 0,5-7,5% Аl, 0,6-3,0% Ti, отдельные марки (в зависимости от желаемого сочетания св-в)-до 16% Со, 10% W, 6% Мо, 7% Fe, 2% Nb, 0,12% С с добавками В (до 0,22%) или Се (до 0,025%), напр. нимоник (10-21% Сr, 0,5-6% Аl, 0,2-4% Ti, до 22% Со, до 6% Мо), инконель (15% Сu, 9% Fe, 1% Al, Ti, Mo и др.). Характеризуются высокой жаропрочностью в интервале рабочих т-р 850-1050 °С. С усложнением легирования сплава и увеличением кол-ва легирующих элементов способность этих сплавов к обработке давлением ухудшается. Поэтому никеля сплавы, содержащие в качестве легирующих элементов Аl и Ti в кол-ве 8-10%, используют обычно в литом состоянии.

Жаропрочные никеля сплавы представляют собой твердые р-ры с включениями интерметаллидных и карбидных фаз, напр. Ni₃(Ti, Al), Ni₂₃C₆ и др., присутствие к-рых в мелкодисперсном состоянии обеспечивает упрочнение сплавов. Дополнит. упрочнение достигается при легировании твердого р-ра, что способствует замедлению диффузионных процессов и повышению стабильности структуры при высокиx т-рах.

Введение тугоплавких оксидов Th, Al, Zr и др. используют при создании композиционных материалов на основе жаропрочных никеля сплавов. Обычно такие материалы изготовляют методами порошковой металлургии.

Жаропрочные никеля сплавы, работающие длит. время в нагруженном состоянии в условиях высоких т-р, получают с использованием метода направленной кристаллизации; жаропрочность таких сплавов значительно выше, чем отливок, полученных обычным литьем.

Осн. достоинство жаропрочных никеля сплавов -сочетание прочности с высокой жаростойкостью и технологичностью, что позволяет использовать их в качестве конструкц. материалов с рабочей т-рой до 1050°С (композиц. материалы-до 1200°С). По жаропрочности никеля сплавы уступают тугоплавким сплавам на основе Mo, Nb, Та, W, но превосходят их по жаростойкости.

Применяют жаропрочные никеля сплавы 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 никеля сплавы представляют собой гл. обр. сплавы Ni-Fe; содержат 17-60% Fe и до 2% др. легирующих добавок (Мо, Сu, Сr 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. св-в. Среди них: сплавы (напр., пер-минвар-30% Fe, 23-25% Со, добавки Мо, Сr), 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. св-в к мех. воздействиям, что используется в аппаратуре магн. записи и воспроизведения звука и т.д.

В формировании структуры, обусловливающей желаемые магн. св-ва, большое значение имеет чистота материалов и технология изготовления и термич. обработки, к-рые во мн. случаях проводятся в спец. условиях-в магн. поле, вакууме и др.

К никеля сплавам с о с о б ы м и ф и з. с в-в а м и относятся сплавы на основе Ni-Cr (10-20% Сr), Ni-Mo (10-23% Мо), Ni-Mn (44-46% Мn), содержащие в качестве легирующих добавок Al, V, Fe, Cr, Cu, Ge и др. Такие сплавы обладают аномальными электрич. св-вами: 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 к-рых требуется высокое постоянство электрич. св-в в процессе эксплуатации в интервале рабочих т-р. Для изготовления резисторов используют, как правило, микропроволоку или ленту толщиной 3-20 мкм. Такие никеля сплавы 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 т-рах до 500 °С.

Сплав Ni с 10% Сr и 1% Со (хромель) и сплав Ni с 2,0% Аl, 2% Мn, 1,5% Si и 0,8 Се (алюмель) используют в виде проволоки в качестве электродов термопар, применяемых в пром-сти и лаб. технике. Характеризуются хорошей воспроизводимостью значений термоэдс в широком интервале т-р (до 1000 °С).

Аморфные сплавы Ni, содержащие в качестве аморфиза-торов до 12% В, 10% Si, 10% Р и 0,2% С, легированные Fe (до 25%), Сr (до 20%) и иногда др. металлами (Со, W, Nb, Мо, V, Ti, Al), применяют в качестве высокотемпературных припоев с т-рой пайки 900-1200 °С. 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 т-рой.

Сплавы на основе интерметаллида NiTi (45-55% Ni), т. наз. нитинолы, обладают эффектом "памяти формы", к-рый заключается в том, что металл, подвергнутый заметной пластич. деформации, при послед. нагреве до определенной т-ры 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.