Сплавы (42НХТЮ, 44НХТЮ, 42НХТЮА, 43НКТЮ, 43НХВТ, ЭП218, ЭП297, 36НХ11, 75Н34Х8ГЗ, 40Н35Х8Г) с температурно-стабильным модулем упругости (элинвары)

Сплавы (42НХТЮ, 44НХТЮ, 42НХТЮА, 43НКТЮ, 43НХВТ, ЭП218, ЭП297, 36НХ11, 75Н34Х8ГЗ, 40Н35Х8Г) с температурно-стабильным модулем упругости (элинвары).

Сплавы с температурно-стабильным модулем упругости имеют низкий температурный коэффициент модуля упругости (ТКМУ) или температурный коэффициент частоты (ТКЧ).

Применяемые для упругих чувствительных элементов сплавы на основе системы Fe—Ni с температурно-стабильным модулем упругости (элинвары) ферромагнитны. Малый температурный коэффициент модуля упругости сплавов сохраняется до температуры магнитного превращения — точки Кюри. Температурный коэффициент модуля упругости особенно чувствителен к химическому составу и термической обработке. Сплавы этой группы обладают также высокими упругими и прочностными свойствами. По способу упрочнения элинварные сплавы делятся на дисперсионно-твердеющие и деформационно-твердеющие.


Сплавы с температурно-стабильным модулем упругости получили широкое применение в приборостроении для изготовления упругих чувствительных элементов точнейшей контрольно-измерительной аппаратуры без применения термостатирования и компенсации.

Из элинварных сплавов изготавливают волосковые спирали и пружины специальных часовых механизмов, плоские, спиральные и геликоидальные пружины, резонаторы электромеханических фильтров, барокоробки, сильфоны, звукопроводы, трубки Бурдона, регуляторы скорости двигателей, датчики давления.

В тех случаях, когда у элинварных сплавов не достигаются заданные сочетания свойств, например, малый ТКЧ и большая намагниченность, применяют камертонный биметалл. Камертонный биметалл состоит из элинварного сплава с положительным ТКЧ и стали У8 с отрицательными ТКЧ. Полученный после соединения составляющих биметалл имеет достаточно малый ТКЧ — до 3·10–6 1/°С, который может быть уменьшен путем шлифовки слоев составляющих.

К дисперсионно-твердеющим элинварам относятся сплавы 42НХТЮ, 44НХТЮ, 42НХТЮА, 43НКТЮ, 43НХВТ и ЭП218, которые сохраняют температурную стабильность модуля упругости до 100—300°С.

В табл. 218 приведен химический состав, в табл. 219 — физико-механические свойства и в табл. 220 — сортамент всех сплавов с температурно-стабильным модулем упругости.

Химический состав сплавов с температурно-стабильным модулем упругости

Физико-механические свойства сплавов с температурно-стабильным модулем упругости

Сортамент сплавов с температурно-стабильным модулем упругости

Сортамент сплавов с температурно-стабильным модулем упругости

Для получения оптимальных механических и физических свойств дисперсионно-твердеющие элинвары закаливают в воде с 920—950°С. После закалки сплавы высокопластичны, и тогда их подвергают штамповке и другой механической обработке. При старении происходит выделение дисперсной фазы, приводящее к упрочнению и изменению других свойств сплавов. Наибольшее упрочнение закаленных сплавов достигается после старения при 700—750°С. Холоднодеформированный материал для максимального упрочнения подвергают старению при 550—750°С в зависимости от степени наклепа. В результате старения наклепанного элинвара достигается более высокая прочность вследствие суммарного влияния деформационного и дисперсионного упрочнения.

Горячую пластическую деформацию сплавов ведут при 900—1180°С. Перед холодной пластической деформацией сплавы закаливают в воде с 1050—1100°С.

Травление сплавов проводят в кислотных ваннах. Для получения светлой поверхности окончательную термическую обработку — старение изделий — осуществляют в защитной среде (аргон, водород).

Дисперсионно-твердеющие элинвары сваривают аргонодуговой сваркой и паяют высокотемпературными припоями.

Сплавы 42НХТЮ и 44НХТЮ. Поставляются с гарантированными механическими свойствами (табл. 221) и сохраняют стабильность модуля упругости до температур 100 и 200°С соответственно (рис. 405).

Нормируемые механические свойства сплавов 42НХТЮ и 44НХТЮ

Модуль упругости сплавов 42НХТЮ, 44НХТЮ и 43НКТЮ при различных температурах

Механические свойства сплавов в зависимости от температуры закалки приведены на рис. 406. Последующее старение при 700°С в течение 4 ч значительно повышает прочность сплавов. Для получения достаточной пластичности после умягчающей термической обработки (закалки) и относительно высокой прочности после старения закаливать сплав следует с температуры 900—950°С.

Зависимость механических свойств сплавов 42НХТЮ и 44НХТЮ от температуры закалки

Холодная пластическая деформация увеличивает прочностные свойства сплава (рис. 407, 408).

Зависимость предела прочности ленты толщиной 1,5 мм и проволоки диаметром 1,5 мм сплава 42НХТЮ от продолжительности старения при различной степени деформации и температуры старения

Зависимость предела прочности проволоки диаметром 1,0 мм сплава 44НХТЮ от температуры старения при различной степени деформации

Температура максимального упрочнения сплавов зависит от степени деформации: при деформации на 90% наибольшая твердость достигается после старения при 650°С, при деформации на 10% — при 750°С (рис. 409). Магнитные свойства сплавов 42НХТЮ и 44НХТЮ приведены в табл. 222.

Зависимость твердости сплавов 42НХТЮ и 44НХТЮ от температуры старения при различной степени деформации

Магнитные свойства сплавов 42НХТЮ и 44НХТЮ

Сплав 42НХТЮА применяют для волосковых спиралей часовых механизмов, обеспечивающих температурную стабилизацию хода часов. При поставке проволоки из сплава 42НХТЮА гарантируют температурную погрешность хода часов, определяемую на волосковых спиралях. В зависимости от величины температурной погрешности (с/град·сутки) поставляется проволока трех групп:

Elinvary 11

При изготовлении спиралей плющеную проволоку, имеющую степень деформации более 90%, завивают в специальных чашечках и подвергают термофиксации. Основные характеристики волосковой спирали — температурная погрешность хода и изохронная ошибка — резко изменяются при изменении химического состава и в значительной степени зависят от режима технологических операций. В связи с этим необходимо строго регламентировать не только выплавку, но и другие технологические операции, особенно режим последней умягчающей термической обработки и окончательной протяжки. Последняя умягчающая обработка проволоки производится в диаметре 0,9 мм, а затем проволока протягивается до диаметра 0,6—0,135 мм.

Зависимость предела прочности холоднодеформированной проволоки из сплава 42НХТЮА от температуры и продолжительности старения представлена на рис. 410.

Влияние температуры старения на предел прочности проволоки диаметром 0,135 мм сплава 42НХТЮА

Холоднодеформированная проволока диаметром 0,135 мм после старения при 700°С в течение 1 ч имеет следующие магнитные свойства:

Elinvary 13

Сплав 43НКТЮ. Имеет наиболее высокую температуру магнитного превращения (420°С) и наибольшую индукцию насыщения из всех элинварных сплавов. Сохраняет температурную стабильность модуля упругости до 300°С (см. рис. 405). При поставке сплава гарантируется температурный коэффициент частоты в пределах ±30·10–6 1/°С в интервале 20—300°С после закалки с 950°С в воде и старения при 600—700°С в течение 2—4 ч. Сплав рекомендуется применять как после закалки и старения, так и после холодной деформации и старения. Изменение твердости закаленного и холоднодеформированного сплава в зависимости от температуры и продолжительности старения показано на рис. 411.

Зависимость твердости сплава 43НКТЮ от температуры при различной продолжительности старения

Магнитные свойства сплава 43НКТЮ после закалки с 950°С в воде и старения при 650°С:

Магнитные свойства сплава 43НКТЮ

Сплав 43НХВТ является материалом с повышенным положительным температурным коэффициентом частоты. Его применяют для колебательных систем с пьезокерамическим возбуждением, компенсируя отрицательный температурный коэффициент частоты пьезокерамики.

Технические условия на сплав 43НХВТ гарантируют температурный коэффициент частоты в пределах (+50…+70)·10–6 1/°С в интервале 20—60°С.

Влияние температуры старения на температурный коэффициент частоты и модуль упругости закаленного с 950°С в воде сплава 43НХВТ показано на рис. 412. Изменение твердости этого сплава от температуры старения показано на рис. 413.

Влияние температуры старения на температурный коэффициент частоты и модуль упругости сплава 43НХВТ

Изменение твердости закаленного с 950°С сплава 43НХВТ в зависимости от температуры старения

Сплав ЭП218. Рекомендуется применять для колебательных систем и упругих чувствительных элементов, к которым предъявляют жесткие требования по температурной стабильности модуля упругости или температурному коэффициенту частоты. Гарантированные техническими условиями значение ТКЧ ±5·10–6 1/°С достигается после закалки с 950°С в воде и старения при 600—700°С в течение 2—4 ч.

Влияние температуры старения на твердость и модуль упругости сплава ЭП218, закаленного с 950°С, показано на рис. 414. Максимальное значение модуля упругости наблюдается после старения при 600°С.

Зависимость твердости HV и модуля упругости Е закаленного с 950°С сплава ЭП218 от температуры старения

Сплавы ЭП297 и 36НХ11 относятся к деформационно-твердеющим сплавам с температурно-стабильным модулем упругости. Химический состав, физико-механические свойства и сортамент сплавов см. в табл. 218—220. Горячая деформация этих сплавов производится в интервале 1100—800°С. Перед холодной деформацией сплавы подвергают нормализации при 850—1000°С; технология травления аналогична применяемой для дисперсионно-твердеющих элинваров. Сплавы ЭП297 и 36НХ11 имеют наиболее высокую коррозионную стойкость из всех элинварных сплавов, их свойства очень близки, температурная стабильность модуля упругости сохраняется до 100°С.

На рис. 415 показано изменение модуля упругости сплава 36НХ11 при нагреве. Зависимость прочности холоднодеформированной проволоки от температуры старения показана на рис. 416.

Зависимость модуля упругости сплава 36НХ11 от температуры

Зависимость предела прочности холоднодеформированной на 75% проволоки диаметром 1,0 мм из сплава 36НХ11 от температуры старения

Камертонный биметалл — материал, состоящий из двух слоев сплавов с различными по знаку температурными коэффициентами модуля упругости, прочно соединенных между собой по всей поверхности соприкосновения. Подбором химического состава составляющих слоев и их толщин получают малый температурный коэффициент частоты, который за счет шлифовки и термической обработки может быть уменьшен (до 1…3·10–7 1/°С). Составляющими изготовляемого в настоящее время камертонного биметалла являются элинвары 75Н34Х8ГЗ, 40Н35Х8Г и сталь У8. Химический состав и сортамент приведены в табл. 218, 220 соответственно.

Камертонный биметалл марки 75Н34Х8ГЗ поставляется с гарантированным соотношением слоев, температурный коэффициент частоты не гарантируется.

Камертонный биметалл марки 40Н35Х8Г поставляется с гарантированной величиной температурного коэффициента частоты (не более 3·10–6 1/°С) и с гарантированным соотношением слоев. Температурный коэффициент частоты камертонного биметалла можно уменьшить с помощью термической обработки и последующей шлифовки.

На рис. 417 показано изменение температурного коэффициента частоты биметалла марки 40Н35Х8Г от температуры нагрева при термообработке.

Зависимость температурного коэффициента частоты камертонного биметалла марки 40Н35Х8Г от температуры нормализации

При повышении температуры нормализации от 550 до 850°С ТКЧ смещается в сторону положительных значений. После шлифовки стальной составляющей можно получить положительный температурный коэффициент частоты менее 1·10–6 1/°С.

На рис. 418 показано влияние температуры нагрева при термообработке на модуль упругости биметалла марки 40Н35Х8Г. Кривая намагничивания биметалла 40Н35Х8Г приведена на рис. 419.

Зависимость модуля упругости камертонного биметалла марки 40Н35Х8Г

Кривая намагничивания биметалла марки 40Н35Х8Г от температуры нормализации

 

Принятые обозначения и пересчетные значения для ряда единиц измерения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Пересчетные значения для ряда единиц измерения