НІКЕЛЬ І ЙОГО СПЛАВИ
(Фролов Ст Ст, Єрмолаєва Ст І.)
28.1. Фізико-хімічні властивості нікелю
Нікель-хімічний елемент VIII групи Періодичної системи Д І Менделєєва з порядковим номером 28 і атомною масою 58,71 Нікель утворює дві алотропні модифікації: a-Ni кристалізується в гексагональній решітці щільної упаковки і стійкий нижче 250 °С, 0-Ni кристалізується в гранецентр ґратах
Основні властивості нікелю наведені нижче [I]:
TOC o "1-5" h z Щільність, кг/м3 . 8900
Температура плавлення, °З. 1455
Температура кипіння, °З. 3075
Коефіцієнт теплопровідності, Дж-см-1-град-1. . 0,59
Питомий електричний опір, мкОмм. . 13,7
Межа міцності при розтягуванні, МПа:
Характерною особливістю нікелю є збереження пластичних властивостей при високих та низьких температурах (табл. 281) [3]
Нікель має високу корозійну стійкість при звичайній температурі і при нагріванні При звичайній температурі повітря і вода не діють на металевий нікель. При нагріванні Ni взаємодіє з Ог, S, Se, Sb, Р, С, Si та В
ТАБЛИЦЯ 28.1 МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ НІКЕЛЯ ПРИ РІЗНИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Нікель у твердому та розплавленому стані поглинає водень більше, ніж мідь.
28.2. Основні марки, структура та механічні властивості
Нікелеві сплави, що містять 55 % і більше Ni, є найважливішими конструкційними матеріалами завдяки їх високій корозійній стійкості, жаростійкості та жароміцності, достатньої пластичності. Найбільш поширені сплави Ni із Сі, Cr, Мо, Al, Fe, Ті, Be. Нікелеві сплави умовно можна розділити на чотири групи: конструкційні, термоелектродні, жаростійкі та сплави з особливими властивостями. До першої групи відносяться сплави іаміднонікелевій основі (монель, мельхіор, нейзильбер та ін). Їхній хімічний склад визначається ГОСТ 492-73. Конструкційні сплави відрізняються підвищеними механічними властивостями та високою корозійною стійкістю. Один із найбільш поширених сплавів цієї групи сплав монель НМЖМц-28-2,5-1,5 має структуру типу твердого розчину. Межа міцності цього сплаву вище 440 МПа, відносне подовження більше 25%, добре обробляється в холодному і гарячому стані, задовільно зварюється.
До другої групи належать метали типу хромель, алюмель, копель, манганін, константан. Ці сплави відрізняються великою електрорушійною силою та високим питомим опором при малому температурному коефіцієнті електроопору. Застосовуються вони виготовлення прецизійних приладів, термопар і компенсаційних проводів.
До третьої групи відносяться ніхроми, що відрізняються високою жаростійкістю і жаростійкістю і застосовуються головним чином для виготовлення електронагрівальних приладів, потенціометричних обмоток, малогабаритних опорів. Хімічний склад сплавів цієї групи визначається ГОСТ 5632-72, ГОСТ 12766-67. Основними компонентами цієї групи нікелевих сплавів є хром та залізо.
До четвертої групи можна віднести сплави, що мають високу проникність у магнітних полях, наприклад пермаллою, сплави з особливими пружними властивостями (іівар) та інші (ГОСТ 10.160-75). Пермаллою застосовують для виготовлення сердечників трансформаторів, деталей реле, магнітопроводів та інших пристроїв.
Сплави з особливими пружними властивостями (інвар 36Н, підступ 29НК) (ГОСТ 10994-76) мають задану величину коефіцієнта теплового розширення та застосовуються для виготовлення деталей, що практично не змінюють свої лінійні розміри в інтервалітемператур -60-f - + 100 °С, або, навпаки, для створення термобнметалів, що складаються з декількох шарів металу або сплаву з різними коефіцієнтами теплового розширення. Шари термобіметалу міцно з'єднуються між собою по всій поверхні опору зварюванням.
28.3. Зварюваність нікелю та його сплавів
28.3.1. Опірність кристалізаційним тріщинам
Зварювання Ni та його сплавів утруднено внаслідок високої чутливості до домішок. Найбільш негативний вплив на якість зварних швів надають С і S. Зміст обмежують до 0,15% (за масою), а в деяких сплавах - до 0,05% (за масою).
Сірка має велику хімічну спорідненість до нікелю. Особливо це помітно при температурах вище 400 ° С, коли протягом. короткого часу утворюється сульфід нікелю, що дає легкоплавку евтектику з нікелем з температурою плавлення 645 °С, яка розташовується по межах зерен металу і може призвести до кристалізаційних тріщин. Сульфід нікелю може утворитися, якщо з нікелем стикаються матеріали, які містять навіть невеликі кількості сірки, наприклад, горючі матеріали, масла, фарби і т. д. Кількість сірки в сплавах обмежують 0,005%-0,03% (за масою). Введення в сплав невеликої кількості літію [0,004-0,006% (за масою)] різко зменшує вплив сірки [8].
28.3.2. Схильність до пороутворення
Нікель та його сплави виявляють велику схильність до утворення пір внаслідок гарної розчинності у розплавленому металі азоту, водню, кисню та різкого зниження розчинності при затвердінні металу. Легування шва Ті, Сг та V зменшує пористість, а легування Мп, С, Si, Feзбільшує. При аргонодуговому зварюванні ймовірність утворення пір зменшується з підвищенням якості захисту зони зварювання.
28.3.3. Фізико-хімічні особливості
При зварюванні Ni та його сплавів, особливо з Сі, основний метал не зазнає структурних перетворень, не загартовується, тому немає необхідності застосовувати попередній підігрів або подальшу термообробку.
Деякі сплави Ni, особливо Сг і Мо, виявляють схильність до міжкристалітної корозії, для запобігання якій зварне з'єднання підпалюють відпалу. Зварювати такі сплави газовим зварюванням небажано, оскільки тривала дія високої температури може призвести до зниження корозійної стійкості.
При зварюванні нікелю та його сплавів для покращення зварюваності доводиться вводити в зону зварювання легуючі компоненти, тому хімічний склад зварного шва відрізняється від основного металу.
Залежно від способу зварювання нікелю можуть бути використані різні методи легування металу шва. Найбільш надійним методом легування є застосування електродного дроту певного складу у поєднанні з пасивним електродним покриттям, що не легує, з флюсом або використання зварювання в інертних газах.
28.4. Технологія зварювання та властивості з'єднань
28 4.1. Підготовка під зварювання
При зварюванні Ni та його сплавів необхідна ретельна зачистка кромок і прилеглих до них ділянок на ширині 20-25 мм механічним шляхом, тому що на них утворюється наліт, що містить сірку, з наступним знежиренням в ацетоні, уайт - спірит або бензин. Хімічне травлення, як правило, не застосовується, однак за наявності плівки оксидів на поверхні металу рекомендується обробка в розчині наступного складу: 1 л Н20, 1,5 л H2S04, 2,25 л HNO3, 30 г NaCl впротягом 5-10 з наступним промиванням у воді, нейтралізацією в 1%-ном водному розчині аміаку і сушінням.
Метал у зварювальній ванні при зварюванні нікелю та його сплавів більше в'язок, ніж при зварюванні сталей, і тому проплавляється на меншу глибину, що вимагає значного оброблення кромок та збільшення їх притуплення. При зварюванні кислотостійкої апаратури слід уникати стикових з'єднань з бортовкою кромок, оскільки «кишені», що утворюються в цьому випадку, можуть викликати появу щілинної корозії при експлуатації.
28.4.2. Газове зварювання
Газове зварювання переважно застосовують при малій товщині (до 3-4 мм) Ni або його сплавів. В основному використовується ацетилено-кисневе полум'я нормальне або злегка відновлювальне, р = 0,97 ч-1,0, так як надлишок ацетилену може викликати пористість металу шва. Електродний дріт використовують марок Н-1, НП-1, НП-2, а також застосовують комплексно-леговані дроти, що містять Ті, Al, Mn, Si, марок НМцАТЗ-1,5-0,6 та НМцТКІ-1,5- 2-0,15 (ТУ 48-21-284-73).
Як присадковий матеріал використовують дріт зі сплаву НМц2,5, ніхрому Х20Н80.
При газовому зварюванні Ni використовують багатокомпонентні флюси: керамічні типу ЖН-1 і плавлені фторидні та високоосновні марки АН-Ф5, АН-Ф7, АН8, АН-29, 49-ОФ-6.
Для зварювання нікелю та його сплавів застосовують «лівий» та «правий» способи. При «лівому» способі зварювальна ванна інтенсивніше взаємодіє з киснем навколишньої атмосфери, його слід використовуватиме зварювання тонких листів (1— 2 мм). При «правому» способі охолодження зварювальної ванни відбувається повільніше, при цьому зменшується окислення розплавленого металу та пористість.
Зварювання Ni слід виконувати без затримок та повернення на зварену ділянку, щоб уникнути перегріву навколошовної.зони, що супроводжується утворенням тріщин. Слід також уникати багатошарового газового зварювання. Метал товщиною 1-2 мм зварюють в один прохід без скосу кромок. Для стикових швів металу великих товщин робиться V-подібна обробка.
Зварні з'єднання з нікелю, виконані газовим зварюванням, мають
ЗВАРЮВАННЯ ТА ЗВАРИВАНІ МАТЕРІАЛИ
ПОРИСТІ МАТЕРІАЛИ НА МЕТАЛЕВІЙ ОСНОВІ (Третьяков А. Ф.)
39.1. Класифікація пористих матеріалів Пористі матеріали (ПМ) на металевій основі застосовуються як фільтроелеміти, змішувачі, газові лінзи, глушники шуму та ін. ПМ класифікуються за призначенням, хімічним складом і типом структуроутворюючих матеріалів.
КОМПОЗИЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ З МЕТАЛЕВИМ МАТРИЦЮ (Чернишова Т. А.)
38.1. Класифікація Композиційні матеріали - це матеріали, армовані наповнювачами, які певним чином розташовані в матриці Наповнювачами найчастіше є речовини з високою енергією міжатомних зв'язків, високоміцні та високомодульні, проте в поєднанні …
ПЛАСТМАСИ (Зайцев К. І.)
37.1. Склад та властивості 37.1.1. Отримання пластмас Пластмаси - це матеріали, отримані на основі синтетичних або природних полімерів (смол). Синтезуються полімери шляхом полімеризації або полікондеїсацних мономерів у присутності каталізаторів при …