Немагнитные сплавы (56ДГНХ, 70НВД, 73ГНПд, 75НМ, 76ХВГ, 76НХВГ, 80НМВ, 80НМВХЗ, 93ЦТ) с заданными температурными коэффициентами линейного расширения

Немагнитные сплавы (56ДГНХ, 70НВД, 73ГНПд, 75НМ, 76ХВГ, 76НХВГ, 80НМВ, 80НМВХЗ, 93ЦТ) с заданными температурными коэффициентами линейного расширения.

Общая характеристика. Сплавы обладают низким и средним ТКЛР 6—14·10–6 град–1 от –80 до 900°С и коррозионной стойкостью, жаростойкостью, высокими упругими, прочностными свойствами, хорошей пластичностью. Сплавы парамагнитны. Сплавы со средними ТКЛР имеют никелевую основу и легированы тугоплавкими металлами — вольфрамом, молибденом, хромом, а также медью (75НМ, 80НМВ, 70НВД, 80НМВХЗ, 76ХВГ). Сплав с низким ТКЛР разработан на основе циркония, легированного титаном (93ЦТ).

Сплавы 56ДГНХ и 73ГНПд системы Мn—Сu—Ni и Мn—Pd обладают высоким ТКЛР: 18—35·10–6 град–1 в интервале температур от 20 до 200°С, повышенной прочностью, высоким удельным электрическим сопротивлением, хорошей пластичностью. Сплавы — парамагнитные (табл. 195—198).

 

Химический состав сплавов на основе никеля

Сортамент сплавов 75НМ, 80НМВ, 70НВД, 80НМВХЗ

Сортамент сплавов 75НМ, 80НМВ, 70НВД, 80НМВХЗ

Нормируемые температурные коэффициенты линейного расширения сплавов на основе Ni по ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1492—70 и ТУ14-1-391—72

Физические свойства сплавов (после умягчающей термической обработки)

Назначение — для согласованных и неполностью согласованных соединений с металлами, сплавами, керамическими материалами и стеклами, в том числе для спаев, работающих при повышенных температурах, для составляющих термобиметаллов, для исходных мер длины эталонов оптико-механических дилатометров.

Основные технологические данные. Сплавы на никелевой основе можно нагревать в вакууме и в среде водорода, подвергать горячей и холодной пластической деформации. Нагрев для смягчающей термической обработки холоднодеформированного металла проводят в водородных печах, охлаждение по возможности — быстрое. Сварка этих сплавов возможна аргонодуговым способом. Обработка резанием таких высоколегированных сплавов несколько затруднительна из-за их вязкости. Сплавы на основе циркония деформируют в основном в холодном состоянии. Нагрев сплава 93ЦТ необходимо производить в среде аргона или гелия.

Эти сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью в морской воде и в условиях тропического климата. Сплав 56ДГНХ стоек в атмосферных условиях.

Сплавы на никелевой основе 75НМ, 80НМВ, 70НВД и 80НМВХЗ имеют средний ТКЛР в пределах 10—13·10–6 град–1 в интервалах температур от –80 до 800°С. Эти сплавы по тепловому расширению хорошо согласуются с никелем. Сплавы 80НМВ и 70НВД образуют вакуумпрочные согласованные спаи с     высокоглиноземистой керамикой. В спаях со стеклом опробован сплав 80НМВХЗ. Легирование хромом влияет на состав окисной пленки и улучшает сцепление металла со стеклом С82-2. В табл. 199 приведены значения ТКЛР сплавов на никелевой основе и сплава 93ЦТ.

Значения температурных коэффициентов линейного расширения сплавов со средними и низкими ТКЛР

Сплавы обладают низкой магнитной восприимчивостью, уровень которой близок к таким парамагнитным металлам, как хром, титан. Закалка и отпуск, а также холодная пластическая деформация (72%) не влияют на удельную магнитную восприимчивость никелевых сплавов, измеренную в полях до 2000 Э. Сплавы различаются по величине удельного электрического сопротивления, у сплава 75НМ оно примерно вдвое выше, чем у сплава 80НМВ.

Упругие и механические свойства обоих сплавов характеризуются высокими значениями. Температурная зависимость модуля упругости от 20 до 600°С показана на рис. 345.

Температурная зависимость модуля упругости сплавов 75НМ и 80МВ

Сплав 80НМВ отличается пределом текучести, стабильным до высоких температур (рис. 346) и низким, чем у сплава 75НМ.

Температурная зависимость σв и σт сплава 80НМВ

Влияние холодной пластической деформации и термической обработки на механические свойства проволоки из сплавов 75НМ, 80НМВ, 70НВД и 80НМВХЗ приведены в табл. 200.

Механические свойства сплавов в зависимости от термической обработки

Коррозионная стойкость умягченных образцов сплавов в 3%-ном растворе NaCl (морская вода) продолжительностью 2400 ч составляет, г/(м2·ч):

Nemagn splavy zad tklr 9

Сплав 76НХВГ (пирос)

Сплав 76НХВГ является жаростойким материалом до 1000°С. В процессе первого нагрева поверхность сплава покрывается защитной окисной пленкой, толщина которой незначительно увеличивается при последующих многократных нагревах.

Химический состав сплава, технология его передела, включающая гомогенизацию и термическую обработку готовых образцов (эталонов), обеспечивают стабильность ТКЛР и длины размеров образцов в ходе повторных нагревов.

В табл. 201 приведены значения ТКЛР сплава 76НХВГ, относящиеся к первому нагреву образца непосредственно после отжига и после 15-кратного последующего нагрева.

Температурные коэффициенты линейного расширения сплава 76НХВГ после многократных нагревов

Определение ТКЛР выполнено на интерференционных дилатометрах со средней скоростью нагрева 0,48 град/мин. Средняя квадратичная погрешность результата определения ТКЛР в стоградусном интервале от 20 до 300°С составляет 6·10–8 град–1 и 8·10–8 град–1 в интервале 300—800°С. Длина образцов 50 мм после каждого нагрева сохраняла постоянство в пределах 0,05 мкм.

Сплав 93ЦТ

Сплав на основе циркония — 93ЦТ характеризуется низким ТКЛР и может быть использован для вакуумных спаев с высокоглиноземистой керамикой. ТКЛР сплава 93ЦТ почти линейного зависит от температуры и не превышает 6,6·10–6 град–1 для интервала температур 20—900°С. Сплав можно выпускать в виде холоднокатаной ленты толщиной 0,3—0,5 мм, шириной 70 мм и холоднотянутой проволоки диаметром 0,7—1,0 мм. Из сплава 93ЦТ были изготовлены вакуумплотные термостойкие спаи с высокоглиноземистой керамикой посредством высокотемпературных припоев. На рис. 347 показана зависимость ТКЛР немагнитных сплавов на никелевой основе, сплава 93ЦТ, высокоглиноземистой керамики и меди. Медь, используемая часто для неполностью согласованных соединений с керамикой посредством припоев, имеет значительно более высокий ТКЛР, чем немагнитные сплавы, и легче окисляется в климатических условиях.

Температурная зависимость α различных материалов

Сплавы 56ДГНХ, 73ГНПд с высоким ТКЛР

Немагнитный сплав 56ДГНХ имеет высокий температурный коэффициент линейного расширения и отличается в термически обработанном состоянии высокими прочностными свойствами.

Сплав 56ДГНХ предназначен для изготовления деталей, тепловое расширение которых должно быть согласовано с расширением ряда материалов с высоким ТКЛР. Сплав 56ДГНХ выпускают в виде термически обработанных кованых прутков диаметром не более 55 мм.

Режим термической обработки прутков диаметром 25 и 55 мм состоит из двух операций:

1) нагрев в электрической печи до температуры 750±10°С, выдержка при данной температуре 30 мин, охлаждение на воздухе;

2) загрузка прутков в холодную печь, нагрев до температур 425±10°С, выдержка 2 ч, охлаждение на воздухе.

При второй операции происходит упрочнение сплава. Степень упрочнения зависит от времени выдержки при 425°С (рис. 348).

Зависимость предела прочности сплава 56ДГНХ от времени выдержки при 475°С (предварительный нагрев 750° С, 30 мин)

Сплав отличается достаточной прочностью и высокой пластичностью при горячей и холодной деформациях. Сплав 56ДГНХ может быть изготовлен и в другом сортаменте, включая холоднотянутую проволоку до диаметра 0,2 мм и холоднокатаную ленту толщиной до 0,2 мм. Сплав хорошо обрабатывается резанием.

Химический состав сплава 56ДГНХ, технология его производства и термическая обработка обеспечивают в состоянии поставки следующий уровень свойств:

1) температурный коэффициент линейного расширения сплава в интервале температур от –60 до 200°С в пределах 17,5—18,5·10–6 град–1;

2) механические свойства: σв ≥ 100 кгс/мм2; σ0,2 ≥ 80 кгс/мм2, δ ≥ 6%.

После нагрева при 750°С, 30 мин и охлаждения на воздухе сплав 56ДГНХ имеет:

После нагрева при 750°С, 30 мин и охлаждения на воздухе сплав 56ДГНХ имеет

После упрочнения при 425°С в течение 2 ч:

Nemagn splavy zad tklr 14

Коррозионная стойкость сплава 56ДГНХ определена в 3%-ном растворе хлористого натрия (в условиях более жестких, чем атмосферные) при переменном погружении в раствор (время нахождения 8 ч) и выдержке на воздухе (16 ч). После испытаний длительностью 450 ч на образцах не было обнаружено следов коррозии.

Сплав 73ГНПд

Сплав системы Мn—Pd обладает более высоким ТКЛР (α = 35—40·10–6 град–1 в интервале 20—200°С), чем все известные сплавы, в том числе сплав 75ГНД (α20—200 ≈ 25—27·10–6 град–1). Этот сплав опробован в качестве активной составляющей термобиметаллов. Получено увеличение коэффициента чувствительности термобиметаллов на 8—10 единиц по сравнению с ТБМ, содержащем в качестве активной составляющей сплав 75ГНД.

Все операции нагрева при переделе металла и термической обработке необходимо проводить в среде инертного газа (аргона или гелия). Промежуточная и конечная термическая обработка проводится при 900°С с выдержкой 20—60 мин в зависимости от толщины и диаметра полуфабрикатов.

Значения ТКЛР сплава 73ГНПд после отжига при 900°С в инертной среде:

Значения ТКЛР сплава 73ГНПд после отжига при 900°С в инертной среде

Физические свойства сплава73ГНПд, закаленного с 900°С, следующие:

Физические свойства сплава73ГНПд, закаленного с 900°С

 

Принятые обозначения и пересчетные значения для ряда единиц измерения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Пересчетные значения для ряда единиц измерения