Стали и сплавы с особыми физическими свойствами

2. на основе кобальта (Co66Fe4(Mo, Si, B)30), имеющие сравнительно небольшую индукцию насыщения, но высокие механические свойства, низкую коэрцитивную силу и высокое значение магнитной проницаемости;

3. железоникелевые сплавы (Fe40Ni40P14B6) со средними значениями магнитной индукции и более низким значением коэрцитивной силы, чем у железных сплавов.

Магнито-мягкие аморфные сплавы применяют  в электротехнике и электронной промышленности.

Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения

Широко применяются в машиностроении и приборостроении.  Наиболее распространены сплавы Fe-Ni, у которых коэффициент линейного расширения a при температурах -100 до 100°С с увеличением содержания никеля до 36% резко уменьшается, а при более высоком содержании никеля вновь возрастает. При температуре 600-700°С такого явления не наблюдается и коэффициент линейного расширения в зависимости от состава изменяется плавно, что объясняется переходом сплавов  в парамагнитное состояние. Таким образом, низкое значение температурного коэффициента линейного расширения связано с влиянием ферромагнитных эффектов.

Для изготовления деталей, спаиваемых со стеклом, применяют более дешевые  ферритные железохромистые сплавы 18ХТФ и 18ХМТФ.

Сплавы с эффектом “памяти формы”

Эти сплавы после пластической деформации восстанавливают свою первоначальную геометрическую форму или в результате нагрева (эффект “памяти формы”), или непосредственно после снятия нагрузки (сверхупругость).

В настоящее время известно большое  число двойных и более сложных  сплавов с обратным мартенситным превращением, обладающих в разной степени свойствами “памяти формы”: Ni-Al, Ni-Co, Ni-Ti, Cu-Al, Cu-Al-Ni и др.

Наиболее широко применяют сплавы на основе мононикелида титана NiTi, получившие название нитинол. Эффект “памяти формы” в соединении NiTi может повторяться  в течение многих тысяч циклов. Нитинол обладает высокой прочностью (sв=770¸1100МПа, sт=300¸500МПа), пластичностью (d=100¸15%), коррозийной и кавитационной стойкостью и демпфирующей способностью. Его применяют как магнитный высокодемпфирующий материал во многих ответственных конструкциях.

Сплавы прецизионные с особыми физическими свойствами (по ГОСТ 10994-74)

Общие сведения

Как отмечалось выше, к прецизионным сплавам относятся высоколегированные сплавы с заданными физическими  и физико-механическими свойствами, требующие узких пределов массовых долей элементов в химическом составе, специальной технологии выплавки и специальной обработки.

Детали из прецизионных сплавов  играют существенную роль в приборах и автоматических устройствах. Они  служат источником, усилителем или  фильтром основного сигнала, приводя в действие всю систему и определяя надёжность ее работы. От качества этих сплавов зависит качество и надёжность приборов, автоматических устройств в радиоэлектронике, вычислительной технике, электротехнике и других важнейших отраслях техники, определяющих научно-технический прогресс.

Сплавы с заданным температурным  коэффициентом линейного расширения

Сплавы с заданным температурным  коэффициентом линейного расширения (ТКЛР) сохраняют благодаря малому значению ТКЛР в некотором интервале  температур практически постоянными свои линейные размеры, а следовательно, и объём.

В зависимости от величины ТКЛР выделяют три группы сплавов:

• с минимальным, близким к нулю ТКЛР;
• с низким ТКЛР;
• со средним ТКЛР.

Сплавы с минимальным ТКЛР применяют  для изготовления деталей высокоточных приборов, аппаратов и устройств, измерительных инструментов, эталонов длины и других изделий, требующих стабильности размеров в интервале климатических изменений температур.

Сплавы данной группы пластичны, хорошо обрабатываются резанием, свариваются, паяются.

Для изделий с высокой стабильностью  размеров в интервале температур от -60 до +100 °С применяются сплавы с  ТКЛР, близким к нулю, — марок 36Н (инвар) и 32НКД (суперинвар). Для конструкций  и трубопроводов, работающих при  низких температурах, применяются сплавы 36НХ и 39Н, структура и свойства которых стабильны до температуры жидкого гелия.

Рассмотренные сплавы не упрочняются  термической обработкой, их прочность  возрастает после наклёпа. Упрочняется  термообработкой дисперсионно-твердеющий сплав марки 35НКТ после закалки и отпуска, закалки с последующей деформацией и отпуском, а также специального отжига.

Термическая обработка изделий  из сплавов данной группы производится для минимизации ТКЛР и стабилизации размеров. Так, для сплава инвар производится следующая тройная термообработка:

• для получения минимального значения ТКЛР — закалка с 840± 10 °С с выдержкой в течение 30 мин и охлаждением в воде;
• для получения стабильного во времени ТКЛР после закалки производится отпуск при температуре 315 °С с выдержкой в течение 1 ч и охлаждением на воздухе;
• для повышения стабильности размеров изделий в течение длительного времени после закалки и отпуска производится старение при температуре 95 °С в течение не менее 48 ч.

Сплавы с низким и средним  ТКЛР предназначены для вакуумно-плотных соединений с неорганическими диэлектриками - стеклом, керамикой, слюдой, искусственным сапфиром и т.д. Указанные сплавы в интервале рабочих температур от -70 до +550 °С имеют ТКЛР, близкий или равный по величине ТКЛР соединяемых с ними диэлектриков.

Из сплавов данных групп наиболее широко известен сплав марки 29НК (ковар). Он имеет такой же ТКЛР, как и  термостойкое стекло. В коваре часть  никеля заменена кобальтом, который  повышает точку Кюри и расширяет  область применения сплава до температуры 420 °С. Сплав хорошо спаивается со стеклом, так как оксидный слой достаточно прочно связан с основным металлом и хорошо смачивается расплавленным стеклом.

Ковар технологичен, хорошо обрабатывается давлением и резанием и поэтому  широко применяется в электровакуумном производстве.

Для сплавов марок 47НД, 47НД-ВИ, 52Н, 52Н-ВИ, применяемых также в качестве магнитных материалов для герметизированных  магнитоуправляемых контактов, дополнительно  к ТКЛР нормируется также индукция насыщения (не менее 1,4-1,5 Тл) и коэрцитивная сила (не менее 16 А/м).

Сплав марки 58Н-ВИ (инвар стабиль) имеет  ТКЛР, близкий к ТКЛР стали и  чугуна. У сплава должна быть высокая  стабильность размеров и ТКЛР во времени, так как его применяют для  изготовления штриховых мер (отсчётных шкал), встраиваемых в координатно-расточные станки высокой точности.

После наклёпа сплавов, применяемых  для спаев с диэлектриками, необходимо производить промежуточную умягчающую термическую обработку с нагревом 750-850 °С в вакууме с выдержкой 2-10 мин. Перед пайкой со стеклом сплавы подвергают конечной термообработке — отжигу при 950-1050 °С в течение 15-30 мин в среде влажного водорода. При отжиге происходит снижение содержания газов в поверхностном слое, что гарантирует отсутствие пузырей в спае. Сплавы с заданным ТКЛР выпускаются в виде холоднокатаной ленты (ГОСТ 14080-78), холоднотянутой проволоки (ГОСТ 14081-78), кованых, горячекатаных и шлифованных прутков и горячекатаных листов (ГОСТ 14082-78).

Сплавы прецизионные с особыми  физическими свойствами (по ГОСТ 10994-74)

Общие сведения

Как отмечалось выше, к прецизионным сплавам относятся высоколегированные сплавы с заданными физическими  и физико-механическими свойствами, требующие узких пределов массовых долей элементов в химическом составе, специальной технологии выплавки и специальной обработки.

Детали из прецизионных сплавов  играют существенную роль в приборах и автоматических устройствах. Они  служат источником, усилителем или  фильтром основного сигнала, приводя  в действие всю систему и определяя надёжность ее работы. От качества этих сплавов зависит качество и надёжность приборов, автоматических устройств в радиоэлектронике, вычислительной технике, электротехнике и других важнейших отраслях техники, определяющих научно-технический прогресс.

Сплавы с заданным температурным  коэффициентом линейного расширения

Сплавы с заданным температурным  коэффициентом линейного расширения (ТКЛР) сохраняют благодаря малому значению ТКЛР в некотором интервале  температур практически постоянными  свои линейные размеры, а следовательно, и объём.

В зависимости от величины ТКЛР выделяют три группы сплавов:

• с минимальным, близким к нулю ТКЛР;
• с низким ТКЛР;
• со средним ТКЛР.

Сплавы с минимальным ТКЛР применяют  для изготовления деталей высокоточных приборов, аппаратов и устройств, измерительных инструментов, эталонов длины и других изделий, требующих стабильности размеров в интервале климатических изменений температур.

Сплавы данной группы пластичны, хорошо обрабатываются резанием, свариваются, паяются.

Для изделий с высокой стабильностью размеров в интервале температур от -60 до +100 °С применяются сплавы с ТКЛР, близким к нулю, — марок 36Н (инвар) и 32НКД (суперинвар). Для конструкций и трубопроводов, работающих при низких температурах, применяются сплавы 36НХ и 39Н, структура и свойства которых стабильны до температуры жидкого гелия.

Рассмотренные сплавы не упрочняются  термической обработкой, их прочность  возрастает после наклёпа. Упрочняется  термообработкой дисперсионно-твердеющий сплав марки 35НКТ после закалки  и отпуска, закалки с последующей деформацией и отпуском, а также специального отжига.

Термическая обработка изделий  из сплавов данной группы производится для минимизации ТКЛР и стабилизации размеров. Так, для сплава инвар производится следующая тройная термообработка:

• для получения минимального значения ТКЛР — закалка с 840± 10 °С с выдержкой в течение 30 мин и охлаждением в воде;
• для получения стабильного во времени ТКЛР после закалки производится отпуск при температуре 315 °С с выдержкой в течение 1 ч и охлаждением на воздухе;
• для повышения стабильности размеров изделий в течение длительного времени после закалки и отпуска производится старение при температуре 95 °С в течение не менее 48 ч.

Сплавы с низким и средним  ТКЛР предназначены для вакуумно-плотных  соединений с неорганическими диэлектриками - стеклом, керамикой, слюдой, искусственным сапфиром и т.д. Указанные сплавы в интервале рабочих температур от -70 до +550 °С имеют ТКЛР, близкий или равный по величине ТКЛР соединяемых с ними диэлектриков.

Из сплавов данных групп наиболее широко известен сплав марки 29НК (ковар). Он имеет такой же ТКЛР, как и термостойкое стекло. В коваре часть никеля заменена кобальтом, который повышает точку Кюри и расширяет область применения сплава до температуры 420 °С. Сплав хорошо спаивается со стеклом, так как оксидный слой достаточно прочно связан с основным металлом и хорошо смачивается расплавленным стеклом.

Ковар технологичен, хорошо обрабатывается давлением и резанием и поэтому  широко применяется в электровакуумном производстве.

Для сплавов марок 47НД, 47НД-ВИ, 52Н, 52Н-ВИ, применяемых также в качестве магнитных материалов для герметизированных  магнитоуправляемых контактов, дополнительно  к ТКЛР нормируется также индукция насыщения (не менее 1,4-1,5 Тл) и коэрцитивная сила (не менее 16 А/м).

Сплав марки 58Н-ВИ (инвар стабиль) имеет  ТКЛР, близкий к ТКЛР стали и  чугуна. У сплава должна быть высокая  стабильность размеров и ТКЛР во времени, так как его применяют для  изготовления штриховых мер (отсчётных  шкал), встраиваемых в координатно-расточные станки высокой точности.

После наклёпа сплавов, применяемых для  спаев с диэлектриками, необходимо производить промежуточную умягчающую термическую обработку с нагревом 750-850 °С в вакууме с выдержкой 2-10 мин. Перед пайкой со стеклом сплавы подвергают конечной термообработке — отжигу при 950-1050 °С в течение 15-30 мин в среде влажного водорода. При отжиге происходит снижение содержания газов в поверхностном слое, что гарантирует отсутствие пузырей в спае. Сплавы с заданным ТКЛР выпускаются в виде холоднокатаной ленты (ГОСТ 14080-78), холоднотянутой проволоки (ГОСТ 14081-78), кованых, горячекатаных и шлифованных прутков и горячекатаных листов (ГОСТ 14082-78).