Сплавы с низким коэффициентом теплового расширения

В приборостроении в ряде случаев требуется сплавы с коэффициентом теплового расширения равным нулю или равным коэффициенту теплового расширения стекла. Для этого найдены аномальные системы Fe-Ni, и Fe –Pt, в которых коэффициент линейного расширения с изменением содержания одного из элементов меняется не линейно, а по сложной кривой с минимумом и максимумом. Поэтому можно подобрать сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения.

Сплав железа с 36% Ni называется «инвар» (в переводе - неизменный). Его коэффициент теплового расширения составляет α=1,5*10^-6 ( у железа α = 11*10^-6). У суперинвара α=1*10^-6 в интервале температур 60˚ С.- 100˚ С. Эти сплавы применяются для изготовления штриховых мер длины, деталей геодезических приборов, эталонов метра и т. д.

Сплав с 29% Ni и 18% Cо применяется для пайки со стеклом, так как такой сплав имеет с ним одинаковый коэффициент теплового расширения α=5*10^-6.

Сплав Fe с 48% Ni имеет коэффициент теплового расширения α=9*10^-6, как у платины и обычного стекла, поэтому называется платинит и применяется для ввода платиновых электродов через стекло в вакуумные системы.

Сплав Fe c 42% Ni имеет коэффициент теплового расширения 7,5*10^-6, но в широком интервале температур20-300˚С, поэтому применяется более широко.

В некоторых случаях (например, в терморегуляторах) используется сплав Fe и 25Ni, который имеет очень большой коэффициент теплового расширения α=20*10^-6.

Магнитные сплавы.

Магнитные сплавы широко применяются в машиностроении и приборостроении (двигатели постоянного и переменного тока, электромагниты, трансформаторы и т.д.) Магнитные сплавы делятся на две большие группы: магнитно-твердые сплавы (ГОСТ17809-72), из которых делаются постоянные магниты, и магнитно – мягкие сплавы(ГОСТ21427-75)ВА, из которых делаются, например, сердечники трансформаторов.

От материала для постоянных магнитов требуется высокое значение коэрцитивной силы и остаточной индукции и их неизменность во времени.

Для небольших магнитов бытового назначения используется хромистая сталь типа ЕХ3 (С-1%, Сr = 3% ,остальное- Fe) Буква Е означает магнитно-твердую сталь, а Х- содержание хрома в процентах. При добавлении Со (ЕХ9К15М) коэрцитивная сила возрастает до 170э, но Со дефицитен и поэтому такие магниты применение находят редко.

Большее применение находят магниты из более дешевых сплавов системыFe-Ni-Al типа АНК (Al–Ni–Si 13 – 33 – 1,0), имеющие коэрцитивную силу 750 э , но остаточную индукцию всего 4000 гс. При добавлении Со (АНКО4 :13% Ni , 9% Al , 24% Co, 3% Cu ) остаточная индукция достигает 12000 гс.

Для активной части роторов гистерезисных двигателей применяются сплавы с Со : комоль (12% Со, 17% Мо, остальное-железо), кунико (35% Сu, 24% Ni , 41% Co), викаллой (14% V, 52% Co) и платинит ( 77% Pt , 23% Co).

В машиностроении 80 % магнитных сплавов изготавливают литыми на основе системы Fe—Ni—Al с легированием Co, Cu, Ti и др. Наиболее высокой коэрцитивной силой из сплавов этой группы обладает литой магнит ЮНДК35Т5БА (Al=7%, Ni=14,5%, Co=35%, Cu=3,5%, Ti=4,5%) H_с =1560 э .

Такие же по составу сплавы получаются методом спекания. Маркируются такие сплавы следующим способом: ММК7, буквы ММК означают магнит металлокерамический, цифра означает порядковый номер. По магнитным свойствам спеченные магниты уступают литым.

В последнее время применяются все больше магниты c редкоземельными металлами (самарием, празеодимом, иттрием и другими элементами), изготавливаемые методом жидкофазного спекания тонких порошков с размером частиц <10мкм. Магнитные свойства таких магнитов типа КСП 37 (самарий+празеодим =37%) в 5 раз выше, чем у всех остальных.

Сплавы с постоянным модулем упругости.

Сплавы Fe-NI, у которых модуль упругости не растет при нагреве, называются элинварными. Они применяются для упругих элементов и пружин точных приборов (камертонов, резонаторов и т.д.).

Сплав элинвар (36 %Ni , 12 %Cr , остальное-Fe) имеет нулевое значение коэффициента термоупругости γ. Более стабильно нулевой коэффициент термоупругости получается у сплавов типа 42НХТЮ (42 % Ni, 5,5 %Cr, 3%Ti, 1 %Al, остальное-. Fe .У такого сплава γ =1,5*10^-5 1/^оС в интервале температур 20-100^о C.

6. АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ.

Свойства алюминия.

Алюминий- металл серебристо-белого цвета. Он не имеет аллотропических превращений, кристаллизуется в решётке гранецентрированного куба, с периодом а=4,0041 мм. Алюминий обладает низкой плотностью (2,7 г/см³), хорошей теплопроводностью (0,52 кал/см_*с_* ^ОС), низким электросопротивлением (0,027 Ом.мм²/м), составляющим 65 % от меди, высокой коррозионной стойкостью, низкой прочностью σ_b =90 МПа, высокой пластичностью δ =30 %. Температура плавления составляет 600^ОС. Литейные свойства чистого алюминия не высоки. Алюминий хорошо обрабатывается давлением, сваривается газовой и контактной сваркой, плохо обрабатывается резанием. Из-за легкого окисления на воздухе и образования на поверхности плотной окисной пленки окисла Al₂О₃, предохраняющей его от дальнейшего окисления, алюминий хорошо противостоит коррозии в атмосферных условиях, в воде и других средах. Алюминий стоек в концентрированной азотной кислоте, а также в органических кислотах (лимонной, уксусной, винной и др.), и в контакте с пищевыми продуктами.

В зависимости от содержания примесей первичный алюминий бывает особой чистоты А999 (0,001 % примесей), высокой чистоты А995, А99, А97, А95 и технической чистоты А85, А8 и др. Выпускается в виде проката (листы, профили, прутки и др.) и маркируется АДО, АД1 и т.д.. Технический алюминий применяется для ненагруженных деталей, когда от материала требуется легкость, коррозионная стойкость. Из алюминия изготавливаются рамы, двери, трубопроводы, фольга, цистерны, посуда, теплообменники, конденсаторы, шины, кабели и другие детали.