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.