Инвар 36н — магнитный сплав железа с никелем

Чистый никель, хотя и имеет достаточную механическую прочность, в технике используется редко, из-за своей дефицитности сложностей при пластической и механической обработке. Гораздо большее практическое применение находят сплавы никеля с железом.

Классификация железоникелевых сплавов

Может быть выполнена по следующим показателям:

  1. По жаропрочности. Преобладающее количество рассматриваемых сплавов обладает повышенной механической прочностью и стойкостью при высоких температурах и внешних нагрузках.
  2. По магнитным характеристикам. Некоторые сплавы никеля с железом обладают увеличенными, против обычного, значениями своей магнитной проницаемости.
  3. По способности сохранять постоянными свои габаритные характеристики и упругость, в результате чего коэффициент расширения сплавов имеет стабильные значения.
  4. По антикоррозионной стойкости, что используется в деталях, длительно работающих в агрессивных средах.

Инвар 36Н - магнитный сплав железа с никелемКроме того, отдельно следует упомянуть, что никелем легируются некоторые марки чугунов, что повышает стойкость деталей, изготовленных из такого материала (так, валки крупных прокатных станов выполняются именно из чугуна, содержащего до 3…4% никеля).

В дальнейшем, при сравнительном анализе эксплуатационных характеристик сплавов железа и никеля, в расчёт будут приниматься только такие сплавы, в которых процент никеля не будет менее 15…20.

Значительное количество марок отечественных железоникелевых сплавов производится по отраслевым ТУ.

Однако в ГОСТ 5732  наряду с жаропрочными и жаростойкими сталями в отдельную группу выведены также и сплавы железа с никелем.

 При этом суммарное процентное содержание этих элементов должно быть не менее 65%, а соотношение никеля к железу установлено в рамках 2:3.

Особенности состава

Инвар 36Н - магнитный сплав железа с никелем

Зависимость характеристик механических свойств железоникелевого сплава ХН77ТЮР от температуры

В результате выплавки структура сплавов представляет собой твёрдый раствор y-железа в никелевой основе. В результате такого растворения температура стабильности микроструктуры повышается на 150…2000С. При этом до 5000С диффузия никеля в железо происходит весьма медленно, и активизируется лишь при достижении температур 700…8000С.

Основной структурной составляющей является интерметаллидное соединение FeNi3, в котором содержание никеля, в зависимости от температуры, составляет 55…75%.

Это предопределяет температурный диапазон, в котором производится термическая обработка таких сплавов. Наибольшее процентное содержание никеля в стабильно существующих сплавах не превышает 60…65%.

 Эффект введения никеля в основную структуру сплава обусловлен тем, что железо резко увеличивает термическую прочность.

Однако наличие одного железа не особо способствует повышению эксплуатационных характеристик железоникелевых сплавов, особенно тех, для которых требуется длительная стойкость при повышенных температурах. Поэтому в состав структуры железоникелевых сплавов вводят также хром, вольфрам, молибден, марганец и  — в незначительных количествах — кремний.

Таким образом, основными способами получения требуемой структуры железоникелевых сплавов считается механизм дисперсионного твердения, с последующей термической обработкой. Она производится для того, чтобы несколько повысить размеры зёрен в структуре, и снять внутренние напряжения, неизбежные при замещении в кристаллической решётке некоторых атомов железа атомами никеля.

Дело в том, что никель коррозионно стоек лишь в водяных парах  или в атмосфере чистого кислорода (до 9000С), а при введении туда дополнительно серы или водорода стойкость падает соответственно до 5500С и до 2800С.

Свойства и характеристики жаропрочных сплавов

Рассмотрим их на примере наиболее распространённых марок.

Сплав ЭП747 (или ХН45Ю) применяется в металлургии для изготовления роликов рольгангов, по которым перемещаются слитки. Кроме железа и никеля (содержание никеля 44…46%), содержит также хром и алюминий.

Сплав выплавляется в электропечах, после чего проходит горячую пластическую деформацию, температурный интервал которой находится в диапазоне 1280…8500С (первая температура – начало деформирования, вторая – окончание).  Сплав хорошо поддаётся термической обработке и электродуговой сварке.

Сортамент – листы толщиной до 2 мм и прутки.

Физико-механические показатели сплава ХН45Ю составляют:

  • Механическая прочность – от 600 МПа при комнатных температурах, до 150 МПа при температуре 8000С;
  • Жаростойкость на спокойном воздухе – до 1300…13500С;
  • Интенсивность окисления, г/м2∙ч — не более 170;
  • Коэффициент теплопроводности при температурах эксплуатации, Вт/м2 ∙К – 17,5…24,5;
  • Модуль Юнга при температурах эксплуатации, ГПа – 12,5…17,5.

Сплав ЭИ602 (или ХН75МБТЮ) используется для внутренней облицовки камер сгорания металлургических и термических печей при температурах, не превышающих 900…9500С.

Кроме железа и никеля, содержит также хром, титан, молибден, алюминий и ниобий.

Ввиду более сложного состава, который включает в себя весьма разнородные химические элементы, после выплавки в электропечах подвергается горячей деформации в гораздо более узком диапазоне температур: 1180…12800С.

В отличие от предыдущего сплава, ХН75МБТЮ более пластичен, в частности, допускает глубокую вытяжку. Поэтому из него можно изготавливать полые детали машин, которые будут далее эксплуатироваться при высоких температурах. Хорошо сваривается всеми видами электросварки.

Интенсивное образование окалины на поверхности данного сплава начинается лишь при температурах от 1250…12800С.  Сплав поставляется только в виде листов  — горячей, либо холодной прокатки.

Физико-механические показатели сплава ХН75МБТЮ составляют:

  • Механическая прочность – от 860 МПа при комнатных температурах, до 177 МПа при температуре 9000С;
  • Длительная прочность и термическая выносливость, МПа, не менее — 190;
  • Коэффициент теплопроводности при температурах эксплуатации, Вт/м2 ∙К – 20,2…19,3;
  • Модуль Юнга при температурах эксплуатации, ГПа – 19,0…10,2.

Инвар 36Н - магнитный сплав железа с никелемСплав ЭИ868 (или ХН60ВТ) отличается еще более высокой жаростойкостью и стойкостью от воздействия агрессивных сред. Поэтому он используется для изготовления лопаток газовых турбин, работающих при температурах 950…10000С. В химическом составе сплава в больших количествах имеют вольфрам и хром, присутствует  также титан. Сортамент сплава – листы, пруток и проволока. Сплав обладает характеристиками обрабатываемости и свариваемости, схожими со сплавом ХН75МБТЮ, однако выделяется более высокими показателями жаростойкости, самыми высокими из жаропрочных железоникелевых сплавов: интенсивность окисления при температурах эксплуатации 10000С не превышает  0,6…0,8 г/м2∙ч.  Структура и прочность сплава не изменяются даже после 30…35 циклов нагрева и охлаждения.

Остальные физико-механические показатели сплава ЭИ868  составляют:

  • Механическая прочность – от 800 МПа при комнатных температурах, до 43 МПа при температуре 10000С;
  • Длительная прочность и термическая выносливость, МПа, не менее — 210;
  • Коэффициент теплопроводности при температурах эксплуатации, Вт/м2 ∙К – 28…24;
  • Модуль Юнга при температурах эксплуатации, ГПа – 19,0…2,0.

Другие железоникелевые сплавы с особыми свойствами

Во многих отраслях техники требуются сплавы, с постоянными показателями упругости. Такие материалы применяются в часовой промышленности, для производства высокоточных пружин измерительной техники, струн музыкальных инструментов, камертонов и т.п.

Инвар 36Н - магнитный сплав железа с никелем

Никелевый сплав алюмель, используют для изготовления термопар

Наибольшее практическое применение находит сплав элинвар, в котором присутствует  59% железа, 36% никеля, а остальное составляют хром, молибден и вольфрам.

Повышенная упругость элинвара имеет магнитную причину – силы межатомной связи в кристаллической решётке материала при подходе к точке Кюри резко ослабляются, благодаря чему доменная структура сплава при деформировании обратимо изменяется.

При этом константы упругости элинвара практически не зависят от температуры.

Широкую группу железоникелевых сплавов образуют пермаллои – сплавы, для которых характерна высокая магнитная проницаемость в слабых полях. По сочетанию  своих электрических и магнитных характеристик пермаллои могут быть высоко- и низконикелевыми. Первые отличаются значительно более низким удельным электросопротивлением.

Пермаллои дополнительно легируются молибденом, хромом, кремнием. Плавку их ведут в вакуумной или нейтральной среде. Высокая магнитная проницаемость обеспечивается последующей термообработкой, которая включает в себя высокотемпературный отжиг.

Пермаллои довольно чувствительны к резким механическим нагрузкам. Для достижения стабильных механических показателей перед термообработкой изделия тщательно обезжириваются.

Чаще других применяются следующие марки пермаллоев:

  • 79НМ – для деталей, требующих высокой намагниченности;
  • 50ХНС – для оптимального сочетания показателей электропроводности и магнитной проницаемости;
  • 50Н – для максимальных значений магнитной индукции;
  • 50НП – для обеспечения необходимой анизотропии магнитных показателей.

Проволоку из железоникелевых сплавов применяют в технологических процессах наплавки и поверхностного напыления. При этом обеспечиваются повышенные эксплуатационные показатели для основного материала детали. Наибольшее распространение получила проволока марки СВ-10Х16Н25АМ6.

Из других марок железоникелевых сплавов стоит отметить инвар. Этот материал отличается чрезвычайно высокой стабильностью своих размеров, а потому используется при изготовлении  высокоточных инструментов, эталонов длины, объёма и иных физических характеристик.

Источник: http://zewerok.ru/zhelezonikelevye-splavy/

Инвар

Решение научно-технических задач часто связано с поиском материалов, обладающих свойствами, которых нет у природных материалов. К таким прогрессивным разработкам можно отнести прецизионные сплавы, в частности, инвар.

Инвар 36Н - магнитный сплав железа с никелем

Инвар

Под прецизионными сплавами понимают такие металлические сплавы, которые придают выбранному основному металлу дополнительные, заранее заданные свойства.

Иногда удаётся получить уникальные физические, химические или механические свойства. Итоговый результат определяется процентным соотношением каждого из металлов в сплаве.

Для получения подобных сплавов используют следующие металлы: железо, никель, медь, кобальт и многие другие.

Очень интересную группу составляют прецизионные сплавы, обладающие так называемыми аномальными свойствами. Например, у них практически не изменяются, или изменяются в небольших пределах физические свойства при изменении внешних воздействий:

  • температуры внешней среды;
  • величины и свойств магнитного и электрического полей (амплитуды, частоты, фазы и поляризации);
  • увеличение или ослабление механических нагрузок;
  • воздействия реактивных сред.

Наиболее применяемых подобных сплавов насчитывается около двенадцати. Самые распространённые: инвар (магнитный сплав железа с никелем), элинвар, константан, перминвар, манганин.

Инвар получил своё название от латинского слова «неизменный». Он создан достаточно давно — ещё в 1896 году швейцарским химиком и металлургом Гийомом. Однако свойства этого сплава были оценены по достоинству гораздо позже. Сам автор за это открытие получил Нобелевскую премию по физике. Особое внимание обратили на физико-химические свойства инвара разработчики точной измерительной техники.

Физико-химические свойства инвара

Инвар — это сплав железа с никелем. Процентные соотношения этих металлов распределяются следующим образом: железо – 64%. Никель -36%.

Сам сплав с латинским названием «Invar» как торговая марка зарегистрирован компанией ArcelorMital. Тем не менее, она не обладает всеми правами на изготовление инвара.

В России этот сплав изготавливается по ГОСТ со своим наименованием. Наиболее распространённым и часто используемым, считается инвар 36Н.

Инвар 36Н - магнитный сплав железа с никелем

Внешний вид сплава

К физически свойствам относятся:

  • Коэффициент теплового расширения. Он достаточно низкий при очень широком диапазоне температуры (от -80°C до +100°C).
  • Температура плавления. Она составляет 1430°C.
  • Предел механической прочности равен 49 кгс/мм2.
  • Плотность стандартного сплава составляет 8130 кг/м³,
Читайте также:  Сталь aisi 304: состав, свойства, характеристики, способы обработки

Эти уникальные физические характеристики объясняются следующими химическими свойствами:

  • Имеет характерно выраженную однофазную структуру.
  • Маленький коэффициент теплового расширения объясняется тем, что при нагреве общее тепловое расширение компенсируется магнитострикционным снижением объёмного показателя.

Для улучшения характеристик его подвергают различным видам механической обработки. Чтобы повысить прочность проводят холодную пластическую деформацию, а затем термообработку при низкой температуре. Повышение стойкости к коррозии достигается специальной полировкой. Высокой устойчивости к воздействию агрессивной внешней среды добиваются нанесением специальных защитных покрытий.

Часто на практике применяются две разновидности инвара: суперинвар с пониженным коэффициентом линейного расширения и нержавеющий инвар, в состав которого входит железо (почти 37%), кобальт (не менее 54%), хром (около 9%).

Данный сплав железа с никелем изготавливается в форме проволоки или тонкой плоской ленты. Иногда по требованию заказчика ему придают другую форму. Это могут быть: небольшие по размеру листы, прутки или лента. Улучшение свойств обеспечивается за счёт создания особых технологических условий: плавки, последующей термической обработки, специфической деформации и обработки поверхности.

Инвар 36Н - магнитный сплав железа с никелем

Детали из инвара

Инвар используется для производства некоторых деталей приборов, измерительной и экспериментальной аппаратуры, которые не должны менять свои линейные размеры в зависимости от изменений окружающей температуры.

Из этого сплава изготавливают различные датчики, преобразователи энергии, одну из составляющих биметаллических элементов. Благодаря своим характеристикам он использовался для производства эталонов длины и массы.

Инвар применяется также в бытовой технике: телевизорах, радиоприёмниках, аудио и видеомагнитофонах, некоторых моделях высокоточных маятниковых часах.

Небольшие размеры деталей, сложность и высокая стоимость производства требует аккуратного обращения с аппаратурой, имеющей в своём составе прецизионные сплавы, такие как инвар.

Разновидности инвара применяются при производстве переходов металл-стекло, мембранных ёмкостей для перевозки сжиженного газа, в микроэлектронике в качестве подложек чипов, корпусов лазерных установок, волноводов. В последнее время разработана надёжная методика сварки. Это позволило значительно расширить область его применения.

Источник: https://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/invar.html

Инвар — Слесарное дело

Инвар 36Н - магнитный сплав железа с никелем

Инвар (англ.: Invar) – это сплав железа (64 %) и никеля (36 %), обладающий очень низким коэффициентом теплового расширения.

Он также известен под другими обозначениями: инвар 36 (Invar 36), нило-аллой 36 (Nilo alloy 36), нилвар (Nilvar), НС 36 (NS 36), пермаллой Д (Permalloy D), радио-металл 36 (Radio metal 36), вакодил 36 (Vacodil 36). Данному сплаву присвоен номер материала 1.3912.

Название «инвар» происходит от латинского слова invarians («неизменный») и означает «сплав, имеющий неизменяемый коэффициент теплового расширения». То же самое название используется как общее обозначение группы уникальных сплавов и соединений, которые в определенных диапазонах температур имеют аномально низкий или отрицательный коэффициент теплового расширения.

Invar – это торговая марка компании Imphy Alloys Inc., в настоящее время принадлежащей сталелитейному концерну Arcelor Mittal. Сплавы инвар находят широкое применение в промышленной сфере в тех случаях, когда от какого-либо устройства требуется неизменность линейных размеров при колебаниях температуры.

Явление практически полного отсутствия теплового расширения было открыто в 1896 году швейцарским физиком Шарлем Гийомом (фр.: Charles Guillaume) при исследовании сплава Fe65Ni35.

В 1920 году за это открытие ученый был удостоен Нобелевской премии в области физики. Швейцарец работал в Международном бюро мер и весов и занимался поиском дешевого материала для изготовления эталонов мер длины и массы.

В то время эти эталоны, например, эталон метра, изготавливались из очень дорогого платиноиридиевого сплава.

Инвар Fe65Ni35 содержит 65 % железа и 35 % никеля. Для изменения механических свойств сплава к нему в качестве легирующих присадок добавляется до 1 % магния (Мg), кремния (Si) и углерода (C). Путём присадки 5 % кобальта (Co) можно ещё больше понизить коэффициент теплового расширения сплава.

Такой сплав называется иновко (Inovco; FeNi33Co4,5). Его коэффициент теплового расширения α при температуре от 20 °C до 100 °C равен 0,55 ´ 10–6/К. Другие варианты этого сплава отличаются от него величиной КТР. Так, коэффициент теплового расширения ковара (Kovar) составляет около 5 ´ 10–6/К.

  • В настоящее время известно множество других сплавов, обладающих эффектом инвара, в том числе:
  • – с кубической гранецентрированной решеткой: FeMn, CoMn, FeNi, FePd, FePt, CoMnFe, FeNiPt, FeNiMn и многие другие;
  • – с кубической объемноцентрированной решеткой: CrFe, CrMn;
  • – с гексагональной максимально плотной упаковкой атомов: CoCr;
  • – аморфные: FeB, FeP и многие другие.
  • Свойства инвара на примере сплава Fe65Ni35:
  • удельное электрическое сопротивление = 0,75-0,85 Ом · мм2/м,
  • модуль упругости = 140-150 ГПа,
  • твердость по Бринеллю = 160,
  • удлинение при разрыве < 45 %,
  • прочность на разрыв = 450-590 МПа,
  • плотность = 8 г/см3,
  • коэффициент линейного расширения при 20-90 °C = 1,7-2,0 · 10−6 K−1,
  • коэффициент теплопроводности при 23 °C = 13 Втм−1 K−1.

Явление почти полного отсутствия теплового расширения объясняется отрицательной объемной магнитострикцией кристаллической решетки инвара или других аналогичных сплавов. Это означает, что в результате взаимного отталкивания магнитных полюсов отдельных атомов сплава его кристаллическая решетка «надувается», то есть увеличиваются расстояния между атомами.

Однако этот эффект снижается с увеличением температуры (из-за уменьшения магнитных моментов отдельных атомов), что ведет к сжатию кристаллической решетки. Таким образом, уменьшение отрицательной объемной магнитострикции при возрастании температуры противодействует тепловому расширению, которое стремится увеличить расстояния между атомами.

В определенных диапазонах температур эти физические явления способны настолько компенсировать друг друга, что при этом фактически не происходит изменение межатомных расстояний, что препятствует изменению длины (или объема) твердого тела.

Эффект инвара исчезает вместе с исчезновением магнитных моментов атомов после достижения температуры магнитного упорядочения соответствующего материала, то есть температуры Кюри или температуры Нееля.

Изначально инвар применялся для изготовления дешевых эталонов мер массы и длины. Кроме того, он использовался в конструкциях высокоточных маятниковых часов и хронометров. В наши дни из этого сплава часто изготавливается один слой структуры биметаллов.

Сплавы инвар применяются в большом числе изделий, от которых требуется высокая стабильность линейных размеров при колебаниях температуры.

Так, инвар используется в производстве теневых масок для приемных трубок цветных телевизоров, переходов стекло-металл, мембранных танков для перевозки сжиженного природного газа, подложек чипов, корпусов лазерных устройств, волноводов, а также астрономических и сейсмографических приборов.

Разработка метода сварки инвара позволила расширить возможности его применения. В геодезии используется проволока из инвара для изготовления прецизионных нивелирных реек, а также для высокоточного измерения коротких расстояний (приблизительно до 20 метров), например, в туннеле- и плотиностроении.

Кроме того, из инвара изготавливаются некоторые формы для ламинирования, применяемые в технологии изготовления крупных деталей из пластика, армированного углеволокном.

Источник: http://slesario.ru/metalli-i-splavi/invar.html

Особенности сплава железа и никеля

Ежедневно человеку приходится сталкиваться с изделиями из металлов, которые отливают на металлургических предприятиях. Практически все они состоят из разнообразных соединений, которые имеют в составе не менее двух элементов. Получают их благодаря плавлению или гальваническим методом. Сплав железа и никеля был получен с помощью второго метода.

Сплав железа и никеля

Содержание

История открытия

Железоникелевый сплав был открыт в конце 19 века французским ученым физиком, которого звали Шарль Гийом.

В результате поиска способа получения дешевого металла для эталона длины и веса, он смог создать соединение двух элементов, которое до этого не удавалось получить. До его разработок такие детали изготавливали из дорогих сплавов из платины и иридия.

Сейчас в состав материала входит 64% железа и 36% никеля. За это достижение в 1920 году ученый был удостоен премии Альберта Нобеля.

Распространенное соединение данных металлов называется «инвар», в переводе с латыни значит неизменимый. Он имеет постоянный коэффициент теплового расширения при вариации рабочей среды от -80°С до 100°С. Соединение имеет и другие наименования: суперинвар и нержавеющий инвар. Отличаются они процентным содержанием легирующих добавок. Инвар применяется в приборостроении.

Состав и структура

В процессе плавления внутренняя структура соединения представляет собой растворенное твердое железо в никелевой основе. Благодаря такому соединению температура структурной устойчивости увеличивается на 200°С. Процесс проникновения никеля в железо начинается при 500°С, ускорение происходит лишь при 800°С.

Составляющая FeNi3 считается основной структурной составляющей, в результате никель приобретает соотношение до 55%. Данный эффект определяет температурный показатель обработки материала. Наибольшее содержание Ni в сплаве не превышает 60%.

Следует помнить, что присутствие одного железа в материале не даст требуемых характеристик сплава. Для их улучшения в состав соединения добавляют такие элементы, как хром, вольфрам, молибден, марганец и кремний.

Чтобы получить необходимую структуру сплава, следует применять механизм дисперсионного затвердевания.

Термическая обработка используется лишь для того чтобы увеличить структурные размеры зерен и понизить внутренние напряжения в материале, которые будут возникать при замещении в кристаллической решетке железа никелем.

Наличие внутреннего магнетизма у данных металлов поспособствовало тому, что удалось изготовить магнитный сплав железа с никелем. Его применяют в электротехнике при производстве сердечников электрооборудования, магнитов и электромагнитов, а также приборов измерения, основанных на данном эффекте.

Характеристики и свойства сплава

Кроме железа и никеля в сплавах применяют такие металлы, как хром, алюминий, вольфрам, титан, молибден и алюминий. В результате добавления данных элементов добиваются следующих физико-механических свойств:

  • механическая прочность, в зависимости от температуры среды применения — от 150 до 860 Мпа;
  • коэффициент проводимости тепла при нормальной температуре имеет значение от 17,5 Вт/м2*К до 24,5 Вт/м2*К;
  • стойкость к действию температуры до 1350°С;
  • выносливость при постоянной нагрузке до 190 Мпа;
  • модуль Юнга при нормальной температуре — от 2 Гпа до 19 Гпа;
  • окислительная интенсивность — 170 г/м2*ч;
  • средняя плотность — 8130 кг/м3.

Сплав железа с никелем обладает высокой жаропрочностью и поддается обработке после плавления, в результате чего поверхность защищают от действий коррозии. Их можно обрабатывать различными видами сварки, материал обладает пластичностью и стойкостью к окислениям агрессивных сред.

Температура плавления сплава

Изготовление

Сплав железа и никеля изготавливают гальваническим методом. Ученые при сравнении характеристик двух металлов пришли к выводу, что создать материал легко. Однако при протекании реакции железо из двухвалентного переходило в состояние трехвалентного, такой эффект стал побочным, чем показал практические трудности изготовления инвара.

Читайте также:  Резьба unf американская дюймовая: параметры, обозначение, применение

Протекание негативных процессов снижает выход материала, при этом понижаются его физические свойства. Данные отрицательные явления решили применением комплекса специальных добавок, в которые входят органические соединения, кислоты и амины.

При добавлении веществ удалось добиться соединения низкой растворимости с трехвалентным железом, в результате чего характеристики материала улучшились.

Для того чтобы убрать разброс осадка производители используют метод эффективной диффузии электролитического раствора.

В состав раствора входят такие вещества, как железо сернокислое, кислота борная, сахарин, никель сернокислый и сульфат натрия. При использовании пластин никеля и железа следует ориентироваться на размеры пластины. Иногда соединения выплавляются в электропечах.

Применение сплава

Сплав железа и никеля изначально изготавливают в виде проволоки, а иногда в виде ленты малой толщины. Иногда сплав производят на заводах в форме листов небольших размеров, круглых прутков и ленты повышенной толщины. Свойства улучшают с помощью специальных технологий:

  • плавления;
  • термической обработки металла после плавки;
  • деформирования поверхности;
  • финишной обработки.

Материал широко применяется в приборостроении, где необходимо соблюдение условия, при котором детали не меняют своих характеристик при изменении температуры окружающей среды. Из сплава производят элементы датчиков и часть биметаллических конструкций, а также эталоны длины и массы благодаря улучшенным характеристикам.

Соединение нашло свое применение в бытовой электронике, а также некоторых элементах маятниковых часов. Сложность изготовления материала требует аккуратного обращения с аппаратурой, в которой оно используется.

Электроизмерительные приборы

Достоинства и недостатки

Железоникелевые соединения имеют следующие преимущества:

  • повышенная механическая прочность, которая позволяет применять сплав в механизмах, работающих при повышенных нагрузках;
  • устойчивость к воздействию высоких температур;
  • высокая внутренняя магнитная проницаемость элементов, изготавливаемых из данного сплава;
  • постоянный КТР, что дает возможность использовать соединение в приборах и датчиках;
  • сохранение характеристик при эксплуатации в агрессивных средах;
  • стойкость к коррозии;
  • пластичность.

Железоникелевые соединения имеют однофазную внутреннюю структуру, высокую плотность и практически нулевой коэффициент теплового расширения. Такие свойства позволяют применять сплав в ответственных соединениях и узлах.

Поддержите канал, просто читайте наши статьи, а мы будем размещать для Вас полезную информацию о металлах!Так же Вы можете посетить наш сайт, там Вы найдете множество информации о металлах, сплава и их обработке.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5c4e9d476823bc046572fc5b/5cf3e8206ba33d00afc8c2a8

Инвар — это… Что такое Инвар?

См. также: Инварные сплавы

Инвар (лат. invariabilis — неизменный) — сплав, состоящий из никеля (Ni, 36 %) и железа (Fe, остальное). Именуется как FeNi36, 64FeNi в США, российские аналоги именуются по ГОСТ как 36Н[1].

«Invar» — зарегистрированная торговая марка компании ArcelorMittal, но сплавы с таким составом изготавливаются и другими компаниями.

История

Первый из открытых инварных сплавов, был найден швейцарским ученым Ш. Гийомом в 1899 году. В 1920 году он получил Нобелевскую премию по физике за открытие важного сплава для производства точных инструментов и приборов.

Физические свойства

Коэффициент теплового расширения сплавов железа/никель в зависимости от процентного содержания никеля. Ярко выраженный минимум при концентрации никеля 36 %

Инвар имеет однофазную внутреннюю структуру. Плотность 8130 кг/м³, температура плавления 1425 °C. Сплав обладает малым температурным коэффициентом линейного расширения и практически не расширяется в интервале температур от −100 до +100 °C. Коэффициент теплового расширения 1,2·10−6/°C на промежутке от −20 до 100 °C. Очень чистые сплавы (Co < 0,1 %) имеют еще меньший коэффициент линейного расширения 0,62—0,65·10−6/°C.

Природа свойств

Эффект исчезновения теплового расширения материала возникает в связи с тем, что магнитострикция точно компенсирует тепловое расширение.

Прецизионные сплавы

Основная статья: Прецизионные сплавы

Разные прецизионные сплавы имеют различные характеристики:

  • 32НК-ВИ (англ. Inovco) (Ni — 33 %, Co — 4,5 %, Fe — остальное) в отоженном состоянии имеет температурный коэффициент линейного расширения α не более 1,5·10−6/°C (в диапазоне −60 — 100 °C). Особо чистые сплавы имеют α до 0,55·10−6/°C (в диапазоне 20 — 100 °C).[1]
  • 42Н (англ. NILO, FeNi42), содержащий 42 % никеля имеет α ≈ 5,3·10−6/°C, такой же как и у кремния, что позволяет широко использовать его в электронике.
  • 29НК (англ. Kovar и англ. Dilver P) (Co 17 %, Ni 29 %, Fe — остальное) имеют температурный коэффициент линейного расширения как и у боросиликатного стекла, поэтому применяются в оптике, которая может работать в широком диапазоне температур, например на спутниках.

Применение

Трехметровая нивелирная рейка из инвара с сферическим индикатором уровня

Используется в точном приборостроении для изготовления мерных проволок в геодезии, эталонов длины, деталей часовых механизмов (маятников хронометров, пружин), деталей барографов и высотомеров и др. Применялся в трубе космического телескопа «Астрон». Стоек против коррозии, хорошо обрабатывается.

Примечания

  1. 1 2 ГОСТ 10994-74. Сплавы прецизионные. Марки.

Источник: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/22764

Инвары

4.2 Ферромагнитные сплавы

Ферромагнитные сплавы составляют большую часть номенклатуры промышленных сплавов. Они включают сплавы с минимальным, низким и средним КЛР.

Условия получения заданного теплового расширения в данной группе материалов связаны с инварным эффектом. Сплавы на основе системы Fe — Ni в области составов от 36 до 60 % Ni в зависимости от концентрации могут иметь КЛР от 1 · 10-6 К-1 до 11,5 · 10-6 К-1. Аномалия свойств, связанная с инварным эффектом, используется для разработки сплавов с заданным КЛР.

Железоникелевые сплавы в широкой области концентраций и температур образуют твердый раствор на основе гранецентрированной кубической решетки γ-фазы (см. рисунок 6).

Только в сплавах, содержащих менее 34 % Ni, при низких температурах могут иметь место превращения γ -фазы в объемноцентрированную кубическую решетку α-фазы. В сплавах железа с содержанием более 34 % Ni вплоть до 4,2 К γ—>а — превращения не происходит.

Однако при пластической деформации температура начала фазового превращения значительно возрастает, граница начала превращения смещается к сплаву, содержащему около 38 % Ni.

Небольшие добавки легирующих элементов или примеси также значительно смещают температуру начала мартенситного превращения. Поэтому в практике промышленного производства сплавов с заданным КЛР часто используют способ стабилизации структуры посредством дополнительного легирования.

4.2.1 Сплавы с минимальным температурным коэффициентом

линейного расширения

Сплавы с минимальным КЛР непосредственно связаны с инварной аномалией. Температурная зависимость КЛР для широко применяемого инвара 36Н имеет необычный вид. Ранее на рисунке 16 была приведена кривая а(Т) для сплава 36Н.

Кривая имеет три экстремума: два минимума при 26 и 270 К и один максимум при 120 К. Из рисунка также видно, что аномалия свойств исчезает при температурах выше точки Кюри (Тс = 550 К). Можно заметить, что второй минимум на кривой а(Т) приходится на температуру, равную Тс/2.

Легирование инвара небольшими добавками заметно повышает КЛР, что можно проследить по кривым рисунка 18. Легирование сплава 36Н кобальтом вместо никеля перемещает минимум КЛР с 273 К на интервал комнатных температур.

Так был получен суперинвар — сплав на основе железа, содержащий 32 % Ni и 4 % Со (X. Масумото, 1931 г.). Этот сплав имеет КЛР порядка 5 · 10-6 К-1.

Наша промышленность выпускает целую серию сплавов с минимальным температурным коэффициентом линейного расширения.

В зависимости от химического состава и технологии выплавки они имеют следующие обозначения: 36Н, 36Н-ВИ, 32НКД, 32НК-ВИ, 32НК-ЭЛ, 36НХ, 35НКТ, 35НКГ, 39Н, 36НГ6, 36НГТ. Эти сплавы имеют средний КЛР в интервале температур 20-100 °С ниже 3,5 · 10-6 К-1.

Химический состав сплавов и нормируемые значения КЛР приведены в таблице 6, а сортамент сплавов с минимальным КЛР, которые производят в промышленном масштабе, приведен в таблице 7.

Легирование. Сплавы на основе системы Fe-Ni инварного класса содержат от 30 до 40 % никеля. Для получения определенного сочетания тепловых, упругих и технологических свойств эти сплавы легируют хромом, кобальтом, медью, титаном и марганцем.

Сплавы с минимальным тепловым расширением характеризуются сравнительно крутой зависимостью температуры Кюри и КЛР от концентрации основных элементов.

Введение в инвар небольших добавок меди, хрома, молибдена и других элементов вместо железа приводит к повышению КЛР (см. рисунок 18).

Все легирующие добавки, за исключением кобальта и меди, сужают температурный интервал инварности, определяемый температурой Кюри и температурой γ—> а — превращения при охлаждении до температур ниже комнатных.

Термическая обработка. Средний температурный коэффициент аср инварных сплавов в интервале от -100 до +300°С после различных режимов термической обработки приведен в таблице 8. Видно, что наиболее низкие и стабильные значения КЛР до 100°С сплавы приобретают после закалки с отпуском.

Ранее было показано, что инварные сплавы как ни один из других классов материалов подвержены воздействию различного рода обработок на КЛР (см. рисунок 23). Чем большему воздействию подвержена кристаллическая структура, тем сильнее проявляется инварная аномалия. В таблице 9 приведены механические свойства инваров после термической обработки.

При анализе данных таблицы можно заметить, что механические свойства инваров слабо зависят от режимов термической обработки, за исключением дисперсионно-твердеющего сплава 35НКТ. Временное сопротивление, предел текучести и твердость сплава 35НКТ после медленного охлаждения с 750 °С возрастают более чем в 2 раза. В этом случае упрочнение связано с выделением дисперсной фазы типа TiNi.

Таким образом, сплавы данной группы не упрочняются в результате термической обработки (кроме сплава 35НКТ), прочность их возрастает после наклепа.

Для получения оптимальных физических характеристик, в частности, минимального значения КЛР, сплавы этой группы подвергают термической обработке.

Воздействие пластической деформации и последующих режимов термической обработки на КЛР можно проследить на сплаве 36НХ (см. рисунок 29). Наиболее низкий КЛР достигается после пластической деформации, тогда как в результате термической обработки а.

возрастает. Наибольшее значение а получается после длительного отжига при 600 °С и медленного охлаждения.

Значение КЛР и стабильность его во времени для сплавов этой группы в значительной мере зависят от режимов термообработки. Режим термообработки выбирают в зависимости от требований, предъявляемых к готовым изделиям. С учетом снятия внутренних напряжений и сохранения стабильности геометрических размеров изделий из инваров рекомендована трехстадийная термическая обработка:

  • а) для получения минимального ТКЛР -закалка с 850 ± 20 °С (после 30 мин выдержки) в воду;
  • б) для получения стабильного ТКЛР во времени после закалки проводят отпуск при 315 °С в течение 1 ч; при этом несколько повышается ТКЛР и частично снимаются закалочные напряжения;
  • в) для повышения стабильности размеров деталей метрологических изделий, которые не фиксируются обычными оптико-механическими методами контроля из-за их малой величины (десятые доли микрона на 1 м длины в год) проводят старение при 95 °С в течение 48 ч после закалки с 850 °С и отпуска при 315 °С.
Читайте также:  Цинк: свойства, характеристики и применение элемента

Термическую обработку деталей сложной формы из инваров необходимо проводить, чередуя ее с механической обработкой. В этом случае закалку деталей проводят после черновой обработки, стараясь оставить минимальный припуск на доводку.

При сильной разнотолщинности отдельных частей деталей под закалку готовят промежуточную заготовку, стараясь придать ей одинаковую толщину отдельных частей. После основной механической обработки путем резания проводят отпуск при 315 °С. Этот отпуск необходимо повторять несколько раз в процессе изготовления в случае деталей с наличием в конструкции мест слабых по жесткости.

Старение при 95 °С в течение 48 ч является окончательной стадией термической обработки, которая проводится после доводки размеров деталей.

Коррозионная стойкость большинства сплавов инварного состава невысока, однако после отжига и тщательной полировки коррозионная стойкость в воде и в атмосферных условиях значительно повышается.

Технология соединения сплавов с минимальными значениями КЛР с другими металлами и сплавами требует выполнения определенных условий. Технологические операции при соединении деталей из инварных сплавов с другими металлами необходимо производить с учетом значений КЛР и фазового состава.

Сплавы 36Н, 36НХ и 39Н являются технологичными металлами в отношении сварки. Сварка этих сплавов производится в аргоне с использованием присадочной проволоки из сплавов 36НГТ и 36НГ6. При сварке сплава 32НК- ВИ исключается применение сварочной проволоки, содержащей хром, титан и марганец, т.к.

присутствие этих элементов увеличивает КЛР сварного шва.

Технология обработки резанием инваров мало отличается от технологии механической обработки аустенитных сталей с устойчивой к превращениям γ-фазой. Конкретные рекомендации по токарной, фрезерной обработке и сверлению приведены в справочнике «Прецизионные сплавы» [6].

Микроструктура инваров — однофазный γ — твердый раствор. При охлаждении до температуры ниже комнатной в сплавах 32НК-ВИ и 32НКД возможен γ^α — переход с увеличением объема.

Температура γ^α — перехода этих сплавов зависит от содержания никеля, кобальта и технологических добавок. Колебание химического состава сплавов в пределах, ограниченных ГОСТом, приводит к изменению температуры начала мартенситного превращения от -80°С до -140°С.

Кроме того, температура начала мартенситного превращения зависит от величины зерна и напряжений.

Сплав 36Н применяют в точном приборостроении для изготовления деталей приборов и конструкций, работающих в интервале температур от -196 до 100 °С. Из сплава 36Н изготавливают штриховые меры длины в метрологии, маятники хронометров в часовом производстве, нивелирные рейки в геодезии, стержни и болты термостатов и пассивные составляющие термобиметаллов.

Сплавы на основе системы Fe-Ni, содержащие до 38 % Ni, при пластической деформации, вызванной растягивающими напряжениями, претерпевают частичное γ->α-превращение в области низких температур. Для этих сплавов напряжение в 10 Па повышает температуру превращения на 14°С.

Температура начала мартенситного превращения у сплава 36Н в процессе деформации находится вблизи -140 °С.

В сплаве инварного состава, содержащего технологические добавки марганца и кремния, путем дополнительного легирования хромом в количестве 0,5 % удалось подавить мартенситное превращение под влиянием деформации вплоть до -230 °С.

Сплав 36Н-ВИ отличается от сплава 36Н меньшим содержанием углерода и неизбежных примесей, более низким КЛР.

Этот сплав предназначен для изготовления штриховых мер первого разряда, деталей с полированной поверхностью или сложной формы, используемых в отожженном состоянии.

Температурная зависимость КЛР для сплава 36Н-ВИ приведена на рисунке 16. Физические и механические свойства сплава аналогичны сплаву 36Н.

Изменение размеров деталей из инвара наблюдается не только при нагреве и охлаждении, но и при комнатной температуре в течение длительного времени. Изменения длины протекают во времени по затухающей кривой. Они измеряются в микронах и долях микронов на один метр в год.

Стабильность линейных размеров деталей, изготовленных из сплава 36Н-ВИ А.И. Захаров с сотрудниками проверяли в течение нескольких лет (таблица 11). В ходе эксперимента было установлено, что за 12 лет однометровый жезл из этого сплава увеличил свою длину на 25 мкм, причем за первый год — на 8 мкм, а на 12-ом году после его изготовления длина при комнатной температуре.

Сплав 32НК-ВИ. Отличается небольшим содержанием углерода и газов. Имеет меньшую загрязненность неметаллическими включениями и более низкий КЛР, чем 32НК.

Используют в приборостроении и метрологии для изготовления деталей с полированной поверхностью, в частности, для штриховых мер длины.

Кроме того, из этого сплава изготавливают детали сложной конструкции, которые нельзя подвергать закалке с целью получения низкого КЛР.

Сплав 32НК-ЭЛ. Получают электроннолучевой выплавкой. Сплав является особо чистым по примесям и газам. Благодаря высокой чистоте вероятность появления на полированной поверхности металла дефектов от неметаллических включений мала.

В области комнатных температур он имеет истинный КЛР, близкий к нулевому значению. На рисунке 31 приведена кривая температурной зависимости КЛР, определенного из удлинений с температурным интервалом 20°.

Из рисунка видно, что коэффициент линейного расширения ниже 50 °С не превышает 0,2 · 10-6 К-1, а в интервале от 0 до 20 °С меньше 0,01 • 10-6 К-1.

Сплав предназначен для изготовления деталей приборов, в которых требуется обеспечить высокую геометрическую стабильность между заданными базами. Может быть использован для изготовления штриховых мер длины, на которые наносятся риски для автоматического отсчета длин.

Источник: https://markmet.ru/kniga-po-metallurgii/invary

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 2

Р�нвар — сплав РёР· 67 % железа Рё 33 % никеля, обладает свойством практически РЅРµ изменять СЃРІРѕРёС… размеров РїСЂРё изменении его температуры.  [16]

Р�нвар Рё фригндал вследствие своей малой теплопроводности используются РІ вакуумных приборах прежде всего как теплоизолирующие материалы, например, для лодочек Рё держателей геттеров, РєРѕРіРґР° необходимо предохранить нагревающийся РїСЂРё обезгаживании РёР·-Р·Р° большого притока тепла РѕС‚ анода геттер РѕС‚ преждевременного испарения РґРѕ окончания прокаливания остальных деталей ( СЃРј. РіР». Эти сплавы применяются также для РІРІРѕРґРѕРІ Рє сильно нагруженным анодам СЃ целью затруднить отвод тепла Рє стеклянной ножке. Р’ РІРёРґРµ проволоки РёС… используют для РІРІРѕРґРѕРІ Рё держателей кериов малых эквипотенциальных катодов косвенного накала приемно-усилительных ламп ( СЃРј. СЂРёСЃ. 15 — 65РЎ, позиция 3), для повышения экономичности которых необходимо предотвратить отвод тепла держателями. РџСЂРё этом использованию инвара отдается предпочтение РїСЂРё изготовлении таких деталей держателей, которые РЅРµ служат одновременно проводниками сильных токов, так как РёР·-Р·Р° высокого электрического сопротивления инвара это РїСЂРё-пело Р±С‹ Рє значительному падению напряжения Рё Рє повышению температуры токаподво-РґРѕРІ. Вследствие малого коэффициента расширения, который приближается Рє коэффициенту расширения кварцевого стекла, инвар используется для газонепроницаемых шлифовых соединений кварца СЃ металлом ( СЃРј. РіР».  [18]

Р�нвар характеризуется тем, что РїСЂРё температурах РѕС‚ — 50 РґРѕ 100 РЎ его коэффициент теплового расширения почти равен нулю.

При более высоких температурах этот коэффициент резко возрастает и становится больше, чем у обыкновенной стали.

 [19]

Р�нвар характеризуется тем, что РїСЂРё температурах РѕС‚ — 50 РґРѕ 100 РЎ его коэффициент теплового расширения почти равен нулю.

При более высоких температурах этот коэффициент резко возрастает и становится больше, чем у обыкновенной стали.

 [20]

Р�нвар ( РѕС‚ англ, invariable — неизменный) — сплав Fe Рё Ni ( 36 %), имеет очень малый коэффициент теплового расширения.

Р�спользуют для изготовления измерительных лент, линеек, геодезической проволоки, деталей измерительных РїСЂРёР±РѕСЂРѕРІ, размеры которых должны оставаться постоянными РїСЂРё некотором изменении температуры.  [21]

Р�нвар Рќ-36 — сплав железа СЃ 36 % никеля, обладает очень малым Р° 10 — 6Рљ — РІ диапазоне температуры РѕС‚ — 100 РґРѕ 100 РЎ.  [22]

Классический инвар — сплав железа Рё 36 % Ni имеет относительный температурный коэффициент линейного расширения, почти равный нулю РїСЂРё температуре РґРѕ 120 РЎ.

Суперинвар, дополнительно легированный 5 % РЎРѕ, — это однофазный, пластичный, прочный Рё РєРѕСЂ-розионноустойчивый сплав.

Эти сплавы склонны к мартенситному превраще-нию, что нарушает их аномальные свойства.

Для предотвращения мартенситного превращения ( получения устойчивой Сѓ-фазы) сплавы подвергают глубокому охлаждению ( РґРѕ 80 РЎ) Рё затем последующему нагреву РґРѕ 600 РЎ, скорость нагрева Рё охлаждения должна быть медленной.  [23]

Р�нварами называют металлические материалы, температурный коэффициент линейного расширения ( ТКЛР) которых крайне мал2 — Р’ РѕСЃРЅРѕРІРµ инварного поведения сплавов лежат магнитные явления. Р�звестно, что инварными свойствами обладают аустенитные сплавы железа: SNiFe, 24PtFe 37Fe54Co9Cr Рё РґСЂ. РћРЅРё используются как прецизионные материалы СЃ малым ТКЛР.  [24]

Сплав инвар Рќ36 РІ пределах температур РѕС‚ — 50 РґРѕ 100 РЎ имеет коэффициент линейного расширения, близкий нулю.

РџСЂРё повышении температуры РѕС‚ 100 РЎ этот коэффициент быстро увеличивается, Рё РїСЂРё температурах выше 275 РЎ РѕРЅ даже превосходит коэффициент линейного расширения обыкновенных сталей.  [25]

  • Сплав инвар, применяемый для изготовления эталонов длины вследствие малого коэффициента линейного расширения, состоит РёР· 40 % никеля Рё 60 % железа.  [26]
  • Сплав инвар РІ пределах температур РѕС‚ — 50 РґРѕ 100 имеет коэфициент линейного расширения, близкий Рє нулю.  [27]
  • Став инвар Рё аругие сплавы СЃ 30 — 40 % Ni обладают большей стойкостью против РєРѕСЂСЂРѕР·РёРё РІ воздушной атмосфере, РІ пресной Рё соленой РІРѕРґРµ, чем железо.  [28]
  • Термобиметалл инвар — томпак обладает достаточно высокой электропроводностью; недостатком его является быстрая потеря томпаком СѓРїСЂСѓРіРёС… свойств РёР·-Р·Р° наступающей рекристаллизации.  [29]
  • Термобиметалл инвар — латунь обладает высокой электропроводностью Рё теплопроводностью; применяется для работы РІ условиях нагрева теплопередачей РѕС‚ окружающей среды.  [30]
  • Страницы:      1    2    3    4

Источник: https://www.ngpedia.ru/id057608p2.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector