Классификация сплавов промышленного назначения с заданными тепловыми характеристиками

КЛАССИФИКАЦИЯ СПЛАВОВ  ПРОМЫШЛЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ С ЗАДАННЫМИ ТЕПЛОВЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

С развитием приборостроения возникла необходимость в разработке сплавов с особыми тепловыми свойствами, в частности, сплавов; обладающих различными значениями температурного коэффициента линейного расширения а. По мере совершенствования приборов и роста требований к эксплуатационной надежности параметр а во многих случаях становится лимитирующим.

В метрологии, криогенной, радиоэлектронной технике и геодезии используют сплавы со значениями а порядка 1 · 10-6 К-1и ниже. Значения а, близкие к нулевому, необходимы для обеспечения высокой точности измерительного инструмента, создания стабильных эталонов длины, газовых лазеров и т.п. Сплавы с близким к нулю а используют при сооружении бескомпенсационных трубопроводов для перекачки сжиженных газов, а также при строительстве криогенных трюмов кораблей для перевозки сжиженных газов.

Как правило, к спаям металл - диэлектрик (стекло, керамика, слюда и т.п.) предъявляют особо высокие требования по вакуумной плотности. Надежные соединения различных по свойствам материалов можно создать только при условии, что они согласованы по значениям температурного коэффициента линейного расширения в технологическом и эксплуатационном интервале температур. В этом случае различие в параметрах а соединяемых материалов должно быть ниже такого значения, при котором возможные растягивающие напряжения в стекле не превосходят 10 МПа. В случае большего различия значений температурного коэффициента теплового расширения сплава и неорганического диэлектрика возникают напряжения, часто приводящие к образованию трещин в спаях и к потере герметичности прибора.

Прецизионные сплавы с заданным тепловым расширением широко используют в производстве терморегуляторов. Часто для этих целей в аппаратуре применяют термобиметаллы. Изготовление термо биметаллов заключается в соединении двух слоев из материалов с сильно различающими термическими коэффициентами линейного расширения. Одной (пассивной) составляющей термобиметаллов являются сплавы с КЛР близким к нулю, другой (активной) - сплавы с высокими значениями КЛР. При изменении температуры за счет разности КЛР спаев происходит изгиб элемента, вырезанного из термо биметалла, причем направление изгиба зависит от нагрева или охлаждения. Благодаря этому термобиметаллы нашли широкое применение в автоматике. В связи с использованием как можно более чувствительных термо биметаллов потребовалась разработка сплавов с высоким тепловым расширением.

Во многих случаях к сплавам с заданным тепловым расширением предъявляют дополнительные требования. Так, при работе изделий в магнитных полях нужны сплавы, не обладающие ферромагнетизмом. Поэтому была разработана группа материалов - немагнитных сплавом с заданным температурным коэффициентом линейного расширения.

Н.А. Соловьевой была предложена следующая классификация сплавов по величине температурного коэффициента линейного расширения.

Принято делить интервал значений КЛР от 1 · 10-6 К-1до 12 · 10-6 К-1, обусловленный инварным эффектом в сплавах системы Fe-Ni, натри области:

  1. а < 3,5 · 10-6 К-1;
  2. 3,5 · 10-6 К-1< а < 6,5 · 10-6 К-1;
  3. 6,5 · 10-6 К-1 < а < 12,0 · 10-6 К-1.

Соответственно этим областям значений КЛР различают сплавы с минимальным, низким и средним заданным температурным коэффициентом линейного расширения. Кроме того, введена четвертая область с а > 12 · 10-6 К-1, сплавы которой принято называть сплавами с высоким температурным коэффициентом линейного расширения. По магнитным характеристикам сплавы с заданным ТКЛР делятся на ферромагнитные и немагнитные.

Классификация сплавов, составленная исходя из значений их КЛР и магнитных характеристик, приведена в таблице.

Сплавы

Марка

Общая техническая характеристика

Назначение

Ферромагнитные сплавы

С минимальным КЛР

36Н,

36Н-ВИ,

32НКД,

32НК-ВИ,

32НК-ЭЛ,

36НХ,

35НКТ,

35НКГ,

39Н,

36НГ6,

36НГТ

Сплавы имеют КЛР ниже 3,5 · 10-6 К-1до температуры не выше 100°С

Для различных деталей измерительных приборов, в метрологии, геодезии, в качестве составляющих термобиметаллов, для базисных устройств газовых лазеров, трубопроводов криогенных жидкостей и т. и. Выбор сплава производится с учетом его КЛР, механических свойств, устойчивости к фазовым превращениям в интервале рабочих температур и нагрузок

С низким КЛР

42Н,

42НА-ВИ, 44Н, 46Н, 38НК

Сплавы имеют КЛР от 3,0 до 6,5-10-6 К-1до температуры перегиба дилатометрической кривой (Тп). Выше Тд тепловое расширение резко возрастает

Для соединения с керамикой низкотемпературными припоями, цементами, клеями, для оснований никелевых и прочих сеток, как конструкционные материалы с заданным КЛР

С низким КЛР

ЗОНКД,

29НК,

ЗОНКФ

Сплавы с КЛР от 4 до 7-1010-6 К-1и низким тепловым расширением после Тп

Сплавы широко применяются для вакуумноплотных соединений со стеклами С39-1, С48-1, С52-1, С59-3 и т. д.

Со

средним

КЛР

34НК, 31 НК, 24НК, ЗЗНК

Сплавы имеют КЛР 5,5-8,0· 10-6 К-1до температуры перегиба и минимальный КЛР после Тп

Для соединения с керамикой типа «22ХС» и «поликор», лейкосапфиром и т. и. высокотемпературными припоями с температурой плавления 800-1000 °С

 

38НКД, 47НХ, 52Н, 48НХ, 47НД, 47НЗХ, 47НХР 50НЗХЮ, 18ХТФ

Сплавы с КЛР от 7-12 · 10-6 К-1

Для соединения с мягкими стеклами С80-1, С72-1, С76-4, С95-3, С94-1, С93-2, С93-4, С90-1 и т. д.

 

58Н-ВИ

Сплав с КЛР 11 · 10-6 К-1

Для штриховых мер с постоянством размеров во времени

Немагнитные сплавы

С минимальным КЛР

95ХК, 96Х

Сплавы имеют КЛР от 1 до 6 · 10-6 К-1до температуры не выше 100 °С

Для изготовления деталей, от которых требуется высокая стабильность размеров, повышенная твердость, коррозионная стойкость и отсутствие искажений магнитных полей

С высоким

КЛР

75НМ-ВИ,

80НМВ,

80НМВХЗ,

76НХВГ,

Сплавы с КЛР от 10 до 15 · 10-6 К-1до температуры 900 °С

Для соединения с «мягкими» стеклами и керамикой, как конструкционный материал с заданным КЛР

93ЦТ

Сплав с КЛР 6 · 10-6 К-1до температуры 700 °С

72ТФ, 75ТМ

Сплавы с КЛР 8-10· 10-6 К-1до температуры 900°С

56ДГНХ,

70ГНДХ

Сплавы с КЛР выше 15 · 10-6 К-1в интервале температур от 20 °С до Тпл

Для деталей, согласованных по тепловому расширению с алюминиевыми сплавами, и для активных составляющих термобиметаллов