6 МСТУ матеріалознавство № 15 30.09.22
6 МСТУ матеріалознавство 30.09.22
Урок № 15
Тема уроку.
Нікель та його сплави.
1. Нікель.
Нікель— хімічний елемент, метал сріблясто-білого
кольору, дуже твердий, добре полірується,
притягується магнітом.
Походження назви
Назва походить від імені злого карлика Нікеля, який
підсовував гірнякам Саксонії замість якісної мідної руди схожу
на неї речовину, але з якої не можна було виготувати ні мідь, ні взагалі хоч якийсь метал. Зіпсований
метал шахтарі називали «купфернікель», тобто нікелева мідь, що
використовувалось як лайливе слово, ніби як «чортова мідь»
Така руда дійсно була «купфернікель» —
мідно-нікелева, бо в природі нікель зустрічається
лише в руді і лише у поєднанні з іншими металами, наприклад, з миш'яком. Виплавка з
такої руди була небезпечна для життя.
На ім'я гнома-хулігана Кронштедт назвав відкритий ним
елемент. «Купфернікель — руда, котра містить найбільшу кількість цього
металу», — писав відкривач.
Поширення
В природі існує у вигляді різних оксидів, сульфідів, силікатів і належить до стратегічних корисних копалин.
Зустрічається у вулканічних породах і як вільний метал, іноді в осколках
залізонікелевих метеоритів. Є компонентом Земного ядра, яке
складається, переважно із заліза з домішками нікелю.
Відомо понад 100 мінералів нікелю, головні з яких: мілерит, полідиміт, пентландит, ваесит, нікелін, уілемсеїт, непуїт, анаберґіт.
Фізичні і хімічні
властивості
Має високу температуру плавлення, низькі електро- і теплопровідність,
може намагнічуватися. Пластичний і ковкий. Корозійно стійкий в атмосфері, воді, лугах і деяких кислотах. Нікель
інтенсивно поглинає гази. При плавці й гарячій обробці розчинені
гази викликають крихкість.
Застосування
Його важливість пояснюється різноманітними унікальними
властивостями металу: Додавання нікелю
в сплави збільшує
їх міцність, зносостійкість,
корозійну стійкість, підвищує тепло- і електропровідність, поліпшує магнітні і
каталітичні властивості. Завдяки високій хімічній, термічній і механічній
стійкості застосовується в металургії (80 % загальної кількості) для
виготовлення нержавіючої сталі, в реактивній авіації, ракетобудуванні, атомній,радіоелектронній, енергетичній, хімічній і харчовій
промисловості. Переважна частина Нікелю використовується для
отримання легованих сталей і сплавів Не тьмяніє,
тому використовується в сплавах (зокрема з низьким температурним
коефіцієнтом лінійного розширення — інвар, ковар та ін.), гальванопокриттях і для карбування монет. Застосовують також
для захисних покриттів, лужних акумуляторів тощо. Застосовується у виробництві магнітів, нержавіючої сталі,
кераміки, емалей, скла, чорнил, фарб, ювелірних виробів, монет, жароміцних,
корозійностійких, магнітних сплавів, для виготовлення хімапаратури і як каталізатор хімічних процесів.
В
залежності від чистоти випускається таких марок: Н0, Н1, Н2, Н3 і Н4.
2. Ні́келеві
спла́ви —
це сплави на основі нікелю.
Здатність нікелю розчиняти в собі значну кількість
інших металів зберігаючи при цьому пластичність привела до створення великого числа
нікелевих сплавів. Корисні властивості нікелевих сплавів певною мірою
обумовлені властивостями самого нікелю, серед яких поряд із здатністю
утворювати тверді розчини з багатьма металами виділяються феромагнетизм,
висока корозійна стійкість в газових і рідких середовищах,
відсутність алотропічних
перетворень.
Історична довідка
Уже з кінця 19 століття порівняно широко використовуються
мідно-нікелеві сплави, що характеризуються високою пластичністю у поєднанні з
високою корозійною стійкістю, добрими електричними та іншими властивостями. З
початку XX століття знаходять застосування сплави типу монель-металу, які
поряд з куніалями виділяються серед конструкційних
матеріалів поєднанням високої міцності із високою хімічною стійкістю у воді,
кислотах, міцних лугах, на повітрі.
Нікелеві сплави
електротехнічного призначення
Важливу роль в техніці відіграють феромагнітні сплави нікелю Ni (22—84 %) з залізом Fe, що належать до класу
магніто-м'яких прецизійних матеріалів Серед цих матеріалів є сплави, що
характеризуються найвищим значенням магнітної проникності (сплав пермалой), її сталістю
(залізонікелекобальтовий сплав пермінвар), поєднанням високої намагніченості
насичення і магнітної проникності (малонікелевий сплав перменорм). Такі
сплави застосовують в багатьох галузях техніки, де потрібна висока чутливість
функційних елементів до зміни магнітного поля.
Важливу роль в техніці грають леговані сплави нікель – хром, нікель
–молібден, нікель - марганець, що
характеризуються цінним поєднанням електричних властивостей: високим питомим
електричним опором, малим значенням температурного коефіцієнта електричного
опору, малим значенням термо-ЕРС в парі з міддю. По величині температурного
коефіцієнта електричного опору ці сплави поступаються манганіну в інтервалі
кімнатних температур, проте, мають в 3—4 рази більший питомий електричний опір.
Головна область застосування таких сплавів — малогабаритні резистивні
елементи, від яких вимагається сталість електричних властивостей в процесі експлуатації. Елементи виготовляються, як правило, з мікродроту або
тонкої стрічки товщиною 5—20 мкм.
Жаротривкі нікелеві сплави
Жаротривкість нікелю на повітрі
досить висока,
а якщо ввести алюміній, кремній або хром, то буде ще вище.. Зі сплавів такого типу важливе значення завдяки доброму поєднанню термоелектричних властивостей і жаростійкості
мають сплав нікелю з алюмінієм, кремнієм і марганцем (алюмель) і сплав нікелю з 10 % хрому (хромель).
Хромель-алюмелеві термопари належать до числа найпоширеніших
термопар, що знайшли застосування в промисловості та лабораторній техніці.
Знаходять практичне використання також термопари з хромелю і копелю.
Широке застосування в техніці отримали жаростійкі сплави Ni з Cr — ніхроми. Найбільшого
поширення набули ніхроми з 80% Ni, які до появи хромалів були найжаротривкішими промисловими
матеріалами. Спроби здешевити ніхроми зменшенням вмісту в них Ni привели до
створення фероніхромів,
у яких значна частина Ni заміщена Fe. Найпоширенішою виявилася композиція з
60 % Ni, 15 % Cr і 25 % Fe, хоча серйозної конкуренції ніхромам
вона зробити не змогла. Ніхроми і фероніхроми характеризуються рідкісним
поєднанням високої жаротривкості і високого електричного опору. Тому вони разом
із хромалями є двома найважливішими класами сплавів, що використовуються для
виготовлення високотемпературних електричних нагрівачів. Для електронагрівників
в більшості випадків випускають ніхроми, леговані кремнієм (до 1,5 %) у
поєднанні з мікродобавками рідкоземельних, лужноземельних або ін. металів. Гранична
робоча температура ніхромів цього типу складає, як правило,
Нікелеві сплави, що містять 15—30 % Cr, леговані Al
(до 4 %), є жаротривкішими від сплавів, легованих Si. Проте з них важче
отримати однорідні за складом дріт чи стрічку, що необхідне для надійної роботи
електронагрівачів. Тому такі сплави використовуються зазвичай для виготовлення
жаротривких деталей, що працюють при температурах до
Жароміцні нікелеві сплави
Під час Другої світової війни у Великій Британії
розпочалось виробництво жароміцних сплавів Ni — Cr — Ti — Al,
званих німоніками. Ці сплави, що
були створені як результат легування ніхрому (типа Х20Н80) титаном (2,5 %)
і алюмінієм (1,2 %), мали помітну перевагу по жароміцності над ніхромами
чи спеціальними легованими сталями.
Поява цих сплавів стала поштовхом для розвитку авіаційних
газотурбінних двигунів. За порівняно короткий термін було створено велике число
складнолегованих сплавів типу німонік (з Ti, Al, Nb, Ta, Co, Мо, W, В, Zr, Ce,
La, Hf) з робочою температурою 850—1000 °C. Аналогами німоніків у США є
сплави Інконель, за ГОСТ
5632-72 — це сплави ХН60ВТ (Inconel 600, Inconel 601), ХН56МВКЮ (Inconel
617), ХН75МБТЮ (Inconel 625), ХН60Ю (Inconel 718), ХН70МВТЮБ (Inconel X-750),
ХН80ТБЮ, ХН73МБТЮ.
Ускладнення легування погіршує здатність сплавів до
гарячої обробки тиском. Тому поряд із деформівними сплавами, поширення набули
ливарні сплави, які можуть бути легованими більшою мірою, а отже, і
жароміцнішими (до
Корозійностійкі сплави
Для хімічної апаратури, що працює у сильно агресивних
середовищах. Наприклад, для середовищ соляної, сірчаної іфосфорної кислот різної концентрації при
температурах, близьких до температури кипіння, широко використовуються сплави
Ni — Мо або Ni — Cr — Мо, відомі під назвою хастелой, реманіт та ін.
(марки H70M28, Н70М28Ф, Х15Н55М16В, Х15Н65М16В). Ці сплави перевершують по
корозійній стійкості в подібних середовищах усі відомі корозієстійкі сталі.
Домашнє
завдання. Вивчити
матеріал та створити конспект.
Викладач Максимова Т.
В.
Комментарии
Отправить комментарий