Сплавы прецизионные магнитомягкие (по ГОСТ 10160—75). Сплавы прецизионные (по ГОСТ 10994-74).

Прецизионные сплавы — высоколегированные сплавы со специальными физическими и физико-механическими свойствами, уровень которых определяется точным химическим составом, специальной технологией выплавки и специальной термообработкой. Магнитомягкие прецизионные сплавы применяют для получения высоких значений индукции в слабых магнитных полях.

Сплавы прецизионные магнитомягкие изготовляют в виде холоднокатаных лент, холодно- и горячекатаных листов, горячекатаных и кованых прутков и проволоки.

Из прецизионных магнитомягких сплавов наиболее широко применяются железоникелевые сплавы — пермаллои. По составу пермаллои разделяют на низконикелевые (39—65 % Ni) и высоконикелевые (75—84,5 % Ni). Низконикелевые пермаллои (45Н, 50Н, 50НХС и др.) имеют повышенную магнитную индукцию насыщения и повышенное удельное электросопротивление, поэтому их применяют в аппаратуре с небольшим подмагничиванием. Низконикелевые пермаллои с прямоугольной петлей гистерезиса (50НП, 65НП) имеют близкое к единице значение коэффициента прямоугольности К_п, представляющего отношение остаточной индукции при нулевой напряженности магнитного поля к максимальной индукции на данной симметричной петле гистерезиса.

Высоконикелевые пермаллои (79НМ, 80НХС, 81НМА, 83НФ) имеют очень высокие значения магнитной проницаемости в слабых полях.

Пермаллои очень чувствительны к деформациям (наклепу), в результате чего ухудшаются их первоначальные магнитные характеристики. Легирование сплавов молибденом уменьшает их чувствительность к деформациям. Медь стабилизирует магнитную проницаемость в определенных интервалах напряженности, а хром, кремний, марганец и молибден увеличивают удельное электрическое сопротивление, что позволяет использовать пермаллои в переменных полях. Магнитные свойства пермаллоев зависят от термической обработки, которая заключается в отжиге образцов и готовых изделий в вакууме или в чистом сухом водороде.

Магнитотвердые стали и сплавы характеризуются высокой коэрцитивной силой (Нс) и остаточной индукцией (Вr) и соответственно высокими значениями максимальной удельной магнитной энергии 1\2 (ВН)_max. Согласно ГОСТ 19693—74, магнитотвердый материал — это магнитный материал с коэрцитивной силой по индукции >4 кА/м.

Марки магнитотвердых литых материалов:

ЮНД4

ЮНД8

ЮНТС

ЮНДК18С

ЮН13ДК24С

ЮН13ДК24

ЮН15ДК24

ЮН13ДК25А

ЮН14ДК25А

ЮН13ДК25БА

ЮН15ДК25БА

ЮНДК34Т5

ЮНДК35Т5Б

ЮНДК35Т5БА

ЮНДК35Т5АА

ЮНДК38Т7

ЮНДК40Т8АА

Магнитотвердые материалы в основном используются для изготовления постоянных магнитов, которые являются важнейшими элементами многих устройств почти во всех областях техники (электронике, приборостроении, автоматических устройствах и т. д.). Они используются также для гистерезисных двигателей и магнитной записи. Повышение качества магнитотвердых материалов содействует прогрессу во многих отраслях техники.

Металлические материалы для постоянных магнитов по технологии производства классифицируют на:

· литые;

· спеченные;

· деформируемые.

Материалы магнитотвердые литые (ГОСТ 17809— на основе системы Fe — Ni — Аl, предназначенные для изготовления постоянных магнитов.

Алюминий и никель увеличивают коэрцитивную силу сплавов. Для повышения остаточной индукции в состав сплавов на основе системы Fe — Ni — А1 вводится кобальт. После термомагнитной обработки сплавы, содер­жащие свыше 18 % кобальта, приобретают особенно высокие магнитные свойства. Медь стабилизирует магнитные свойства, уменьшая их зависимость от технологии изготовления сплавов и нарушений режима термообработки.

Присадка титана повышает коэрцитивную силу, одновременно повышая хрупкость отливки, поэтому содержание титана в сплаве ограничивают 0,3—9 %.

Введение кремния и ниобия в некоторые сплавы также способствует улучшению магнитных свойств. Вредной примесью в сплавах на основе системы Fe — Ni — Al является углерод, который даже в малых количествах (0,1 %) значительно снижает коэрцитивную силу и остаточную индукцию.

Высокие магнитные свойства сплавы получают после термической обработки — закалки и высокотемпературного ступенчатого отпуска.

Дальнейшее повышение магнитных свойств достигается созданием в сплавах магнитной и кристаллографических текстур.

Недостаток литых сплавов для постоянных магнитов — их низкая технологичность. Из-за высокой твердости и хрупкости сплавы склонны к трещино- и сколообразованию, очень плохо обрабатываются резанием.

Основное назначение рассмотренных сплавов — магниты для измерительных приборов, автоматических и акустических устройств, электрических машин, магнитных муфт, поляризованных реле и т. д.

Спеченные (металлокерамические) магнитотвердые материалы (ММК) - изготовляются методом порошковой металлургии, ис пользуются порошки сплавов на основе систем:

· Fe — Ni — А1;

· Сu — Ni — Со;

· Fe — Со — Mo;

· Со — Pt и др.

Деформируемые магнитотвердые сплавы и стали. Основным преимуществом деформируемых магнитотвердых металлических материалов является возможность получать их в виде тонких сечений — листа, ленты, проволоки.

Сплавы прецизионные магнитотвердые по ГОСТ 10994—74на основе системы Fe — Со — V получают высокие магнитные свойства после холодной пластической деформации с высокой степенью обжатия (70—90 %). Сплавы анизотропны. Проволока из сплава марки 52К13Ф после термомеханической обработки обладает высокой коэрцитивной силой 32—40 кА/м при индукции 0,80— 1,0Тл. Применяются сплавы для малогабаритных постоянных магнитов.

Сплавы марок 52К10Ф и 52К11Ф применяются также для активной части гистерезисных двигателей. Сплавы на основе систем Fe — Се — Ni — V (25КФ14Н, 35КФ10Н) и Fe — Со — Сr — V (35КХ4Ф, 35КХ6Ф и 35КХ8Ф) предназначаются для активной части гистерезисных двигателей.

Прутки из легированной магнитотвердой стали (ГОСТ 6862—71 ). Марки: ЕХЗ, ЕВ6, ЕХ5К5,ЕХ9К15М2 - легирующие элементы повышают коэрцитивную силу и магнитную энергию стали.

Применяют в виде горячекатаных или кованых прутков (круглых, квадратных, прямоугольных) для изготовления постоянных магнитов неответственного назначения.

МАТЕРИАЛЫ С ОСОБЫМИ ТЕПЛОВЫМИ СВОЙСТВАМИ

Студент должен

Знать:

· Основные характеристики материалов с особыми тепловыми свойствами;

Сплавы прецизионные с особыми физическими свойствами (по ГОСТ 10994—74)

К прецизионным сплавам относятся высоколегированные сплавы с заданными физическими и физико-механическими свойствами, требующие узких пределов массовых долей элементов в химическом составе, специальной технологии выплавки и специальной обработки.

Детали из прецизионных сплавов играют существенную роль в приборах и автоматических устройствах. Они служат источником, усилителем или фильтром основного сигнала, приводя в действие всю систему и определяя надежность ее работы. От качества этих сплавов зависит качество и надежность приборов, автоматических устройств в радиоэлектронике, вычислительной технике, электротехнике и других важнейших отраслях техники, определяющих научно-технический прогресс.

Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР)благодаря малому значению ТКЛР в некотором интервале температур сохраняют постоянными свои линейные размеры, а следовательно, и объем.

В зависимости от величины ТКЛР сплавы делятся на три группы:

1) сплавы с минимальным, близким к нулю, ТКЛР;

2) сплавы с низким ТКЛР;

3) сплавы со средним ТКЛР.

Сплавы с минимальным ТКЛР применяют для изготовления деталей высокоточных приборов, аппаратов и устройств, измерительных инструментов, эталонов длины и других изделий, требующих стабильности размеров в интервале климатических изменений температур.

Сплавы данной группы пластичны, хорошо обрабаты­ваются резанием, свариваются, паяются.

Для изделий с высокой стабильностью размеров в интервале температур от минус 60 до плюс 100°С применяются сплавы с ТКЛР, близким к нулю,—36Н (инвар) и 32НКД (суперинвар). Для конструкций и трубопроводов, работающих при низких температурах, применяются сплавы 36НХ и 39Н, структура и свойства которых стабильны до температуры жидкого гелия.

Рассмотренные сплавы не упрочняются термообработкой, их прочность возрастает после наклепа. Упрочняется термообработкой дисперсионно-твердеющий сплав 35НКТ после закалки и отпуска, закалки с последующей деформацией и отпуском, а также специального отжига.

Термическая обработка изделий из сплавов данной группы производится для минимального значения ТКЛР и стабилизации размеров.

Сплавы с низким и средним ТКЛР. Сплавы этих групп предназначены для вакуумноплотных соединений с неорганическими диэлектриками — стеклом, керамикой, слюдой, искусственным сапфиром и т. д. Указанные сплавы в интервале рабочих температур от —70 до + 550°С имеют ТКЛР, близкий или равный по величине ТКЛР соединяемых с ними диэлектриков.

Из сплавов данных групп наиболее широко известен сплав 29НК (ковар). Он имеет такой же ТКЛР, как и термостойкое стекло. В коваре часть никеля заменена кобальтом, который повышает точку Кюри и расширяет область применения сплава до 420°С. Сплав хорошо спаивается со стеклом, так как оксидный слой достаточно прочно связан с основным металлом и хорошо смачивается расплавленным стеклом.

Ковар технологичен, хорошо обрабатывается давлением и резанием и поэтому широко применяется в электровакуумном производстве.

Для сплавов 47НД, 47НД-ВИ, 52Н, 52Н-ВИ, применяемых также в качестве магнитных материалов для герметизированных магнитоуправляемых контактов, дополнительно к ТКЛР нормируется также индукция насыщения (не менее 1,4—1,5 Тл) и коэрцитивная сила (не менее 16 А/м).

Сплав 58Н-ВИ (инвар стабиль) имеет ТКЛР, близкий к ТКЛР стали и чугуна. У сплава должна быть высокая стабильность размеров и ТКЛР во времени, так как его применяют для изготовления штриховых мер (отсчетных шкал), встраиваемых в координатно-расточные станки высокой точности.

Прецизионные сплавы с заданными свойствами упругости обладают высокими упругими свойствами в сочетании с другими специальными свойствами (повышенной прочностью и коррозионной стойкостью, немагнитностью, заданным значением модуля нормальной упругости (Е) и температурным коэффициентом модуля упругости (β_у)).

По способу упрочнения и физико-механическим свойствам сплавы с заданными свойствами упругости можно условно разделить на три группы:

1) дисперсионно-твердеющие коррозионно-стойкие сплавы на основе никеля (97НЛ, 68НХВКТЮ) и на основе систем Fe — Ni — Сr (36НХТЮ, 36НХТЮ5М, 36НХТЮ8М) и Fe —Сr —Ni (17ХНГТ), упрочняющиеся в результате закалки и старения или закалки, холодной пластической деформации и старения;

2) деформационно-твердеющие коррозионно-стойкие сплавы на основе системы Со — Сr — Ni (40КХНМ и 40КНХМВТЮ), упрочняющиеся только в результате закалки, холодной пластической деформации и старения;

3) сплавы с температурно-стабильным модулем упругости (элинвары) на основе систем Fe — Ni — Сr (42НХТЮ, 42НХТЮА, 44НХТЮ) и Fe — Ni — Со (43НКТЮ).

Дисперсионно-твердеющие коррозионно-стойкие сплавы обладают повышенными прочностными и упругими свойствами, теплостойкостью, коррозионной стойкостью в атмосферных условиях и ряде агрессивных сред. Из них изготавливают упругие чувствительные элементы и детали приборов, работающих в агрессивных средах и в широком диапазоне температур.

Деформационно-твердеющие сплавы на основе систе­мы Со — Cr — Ni имеют очень высокую прочность, высокую усталостную прочность, твердость, износостойкость и коррозионную стойкость. Они немагнитны. Основное назначение сплавов — заводные пружины различных механизмов, керны электроизмерительных приборов, хирургические детали. Сплавы упрочняют термомеханической обработкой, включающей закалку, холодную пластическую деформацию с большой степенью обжатия и старение. Основное упрочнение сплавов происходит в процессе холодной пластической деформации.

Сплавы с температурно-стабильным модулем упругости (элинвары). Элинвары — сплавы на основе систем Fe — Ni — Cr и Fe — Ni — Co, обладающие температурно-стабильным модулем упругости при 100—350°С, имеющие повышенные прочностные и упругие свойства. Указанные сплавы ферромагнитны. Они сохраняют низкий температурный коэффициент модуля упругости до температуры магнитного превращения — точки Кюри. Элинвары применяются для упругих чувствительных элементов прецизионных приборов, волосковых спиралей часовых механизмов и других изделий, от которых требуются высокие упругие свойства, не зависящие от температуры.

Прецизионные сплавы с заданным электрическим сопротивлениемобладают необходимым сочетанием электрических и других свойств. Они подразделяются на две группы:

1) сплавы с высоким электрическим сопротивлением;

2) сплавы с заданным температурным коэффициентом электрического сопротивления.

Сплавы с высоким электрическим сопротивлением применяются для электронагревательных элементов печей с предельной рабочей температурой 950—1350°С, бытовых приборов, электрических аппаратов теплового действия, элементов сопротивления.

Так как сплавы данной группы длительно работают на воздухе при высоких температурах, то наряду с высоким удельным электросопротивлением, они должны обладать высокой жаростойкостью (окалиностойкостью) и достаточной жаропрочностью.

Важнейшими эксплуатационными характеристиками сплавов данной группы являются предельная рабочая температура и величина удельного электрического сопротивления.

Наиболее широко для электронагревателей печей, бытовых приборов и электрических аппаратов теплового действия, работающих при высоких температурах (950— 1350°С), применяются сплавы на основе систем Ni — Сr (Х20Н80, Х20Н80-Н, Х15Н60-Н и др.) и Fe — Сr — А1 (Х15Ю5, Х23Ю5 и др.).

Недостаток нихромов — высокое содержание дефицитного никеля. Высокое удельное электрическое сопротивление имеют и сплавы на основе Fe — Сr — А1. Они дешевле нихромов, но уступают им по жаростойкости и технологичности. При медленном охлаждении ниже 500°С или выдержке в интервале 450—500°С сплавы на основе системы Fe — Сr — А1 охрупчиваются (так называемая«хрупкость 475»). Для устранения хрупкости применяется закалка с 750—860°С с охлаждением в воде. При высоких температурах (выше 1100—1200°С) сплавы на основе системы Fe — Сr — А1 имеют низкое сопротивление ползучести, что приводит к провисанию нагревателей под собственным весом. Для предотвращения провисания необходимо располагать нагреватели на опорах по всей их длине.

Сплавы прецизионные с высоким электрическим со­противлением выпускают в виде холоднотянутой прово­локи, холоднокатаной и плющеной ленты, круглых калиброванных (холодно- и теплотянутых) сплавов, сортового проката (горячекатаного круглого сечения и теплокатаного квадратного сечения) по ГОСТ 12766.1 —77 — 12766.5—77.

Сплавы с заданным электросопротивлением используются для электроизмерительных приборов и резисторов. Помимо высокого удельного электросопротивления, от них требуется высокая стабильность значения удельного электросопротивления во времени и низкий температурный коэффициент электрического сопротивления достигается после стабилизирующей термообработки — отпуска. Так, сплав марки Н80ХЮД-ВИ на основе системы Ni — Сr, имеющий низкий температурный коэффи­циент электрического сопротивления и высокое удельное электрическое сопротивление, подвергается следующей термообработке: закалке с 1000—1050 °С и отпуску при 450—550 "С с выдержкой 2—5 ч. Он применяется для малогабаритных прецизионных резисторов.

Для непрецизионных резисторов неответственного назначения, соединителей в изделиях электронной техники и для ответственных деталей внутри вакуумных приборов, применяются нихромы марок Х20Н80-ВИ и Х15Н60-ВИ. Эти сплавы имеют температурный коэффициент электрического сопротивления в интервале температур от -60 до 100 °С.

Сплав на основе системы Ni — Fe — Со марки Н50К10 обладает высоким постоянным температурным коэффициентом электрического сопротивления до 5,5 ·10^-3К^-1` в интервале температур от 20 до 500 °С. Он применяется для термодатчиков и термочувствительных элементов.