Никелевые сплавы

НИ́КЕЛЕВЫЕ СПЛА́ВЫ, спла­вы на ос­но­ве ни­ке­ля. В тех­ни­ке ис­поль­зу­ют пре­им. слож­но­ле­ги­ро­ван­ные Н. с., в ко­то­рых со­дер­жа­ние Ni (по мас­се) ок. 50% и бо­лее. Боль­шин­ст­во Н. с. – твёр­дые рас­тво­ры, со­дер­жа­щие разл. эле­мен­ты (Cr,Mn,Fe,Cu,Al,Ti,Mo,W,V и др.); име­ют гра­не­цен­три­ров. ку­бич. ре­шёт­ку. В за­ви­си­мо­сти от ле­ги­ро­ва­ния и спо­со­бов по­лу­че­ния Н. с. об­ла­да­ют по­вы­шен­ной проч­но­стью, жа­ро­стой­ко­стью, жа­ро­проч­но­стью, вы­со­ки­ми кор­ро­зи­он­ной стой­ко­стью и элек­трич. со­про­тив­ле­ни­ем, фер­ро­маг­не­тиз­мом и др.

Н. с. при­ме­ня­ют­ся в пром. мас­шта­бах с кон. 19 – нач. 20 вв.; по на­зна­че­нию под­раз­де­ля­ют­ся на элек­тро­тех­нич., жа­ро­стой­кие, жа­ро­проч­ные (де­фор­ми­ру­емые, ли­тей­ные, а так­же дис­перс­но-уп­роч­нён­ные), кор­ро­зи­он­но­стой­кие и спла­вы с осо­бы­ми свой­ст­ва­ми – с эф­фек­том па­мя­ти фор­мы, аморф­ные и пр.

Элек­тро­тех­ни­че­ские Н. с. Спла­вы Ni (45–85%) с Fe (пер­мал­лой, пер­мин­вар, пер­ме­норм) ха­рак­те­ри­зу­ют­ся вы­со­ки­ми зна­че­ния­ми маг­нит­ной про­ни­цае­мо­сти (см. Маг­ни­то­мяг­кие ма­те­риа­лы); ис­поль­зу­ют­ся в ка­че­ст­ве сер­деч­ни­ков пре­ци­зи­он­ных транс­фор­ма­то­ров, дрос­се­лей, уст­ройств маг­нит­ной па­мя­ти и пр. Сплав Ni с 35% Fe, имею­щий при вы­со­кой маг­нит­ной про­ни­цае­мо­сти пря­мо­уголь­ную пет­лю гис­те­ре­зи­са, при­ме­ня­ет­ся в маг­нит­ных уси­ли­те­лях с вы­со­ким уси­ле­ни­ем. Су­пер­мал­лой (79–80% Ni, до 5% Mo, ос­таль­ное – Fe) об­ла­да­ет макс. маг­нит­ной про­ни­цае­мо­стью в со­че­та­нии с ма­лой ко­эр­ци­тив­ной си­лой; ис­поль­зу­ет­ся в сверх­чув­ст­вит. транс­фор­ма­то­рах (гл. обр. в им­пульс­ных) и в сверх­чув­ст­вит. маг­нит­ных уси­ли­те­лях. Та­кие Н. с. до­пол­ни­тель­но ле­ги­ру­ют W,Mo,V,Cr, обес­пе­чи­вая тре­буе­мые со­че­та­ния маг­нит­ных, элек­трич. и ме­ха­нич. свойств. Вы­пус­ка­ют­ся в ви­де лент, лис­тов, фоль­ги, про­во­ло­ки и пр.

Н. с., ле­ги­ро­ван­ные Mn (до 5%), ха­рак­те­ри­зу­ют­ся ва­ку­ум­но-плот­ной (прак­ти­че­ски без пор) од­но­род­ной струк­ту­рой с вы­со­ким со­про­тив­ле­ни­ем ис­кро­вой эро­зии; при­ме­ня­ют­ся в ва­ку­ум­ной тех­ни­ке, а так­же, напр., в кон­так­тах све­чей за­жи­га­ния дви­га­те­лей внутр. сго­ра­ния.

Н. с., со­дер­жа­щие ли­бо Mo (до 25%), ли­бо Сr (до 20%), ли­бо Mn (до 45%) с до­бав­ка­ми Al,V,Fe,Cu и др., об­ла­да­ют со­че­та­ни­ем близ­ко­го к ну­лю (или от­ри­ца­тель­но­го) тем­пе­ра­тур­но­го ко­эф. элек­трич. со­про­тив­ле­ния (ТКЭС) с вы­со­ким удель­ным элек­трич. со­про­тив­ле­ни­ем; ис­поль­зу­ют­ся при из­го­тов­ле­нии ма­ло­га­ба­рит­ных ре­зи­сто­ров и тен­зо­ре­зи­сто­ров, ко­то­рые обес­пе­чи­ва­ют вы­со­кое по­сто­ян­ст­во элек­трич. па­ра­мет­ров.

К элек­тро­тех­нич. Н. с. так­же от­но­сят­ся хро­мель, алю­мель (спла­вы для тер­мо­пар) и ни­хро­мы (для на­гре­ват. при­бо­ров). Ни­хром с Cr (ок. 20%) име­ет в 10 раз боль­шее элек­трич. со­про­тив­ле­ние, чем тех­нич. же­ле­зо; фер­ро­ни­хро­му, со­дер­жа­ще­му Cr (15%) и Fe (25%), со­от­вет­ст­ву­ет мак­си­мум удель­но­го элек­трич. со­про­тив­ле­ния в сис­те­ме Ni–Fe–Cr.

Жа­ро­стой­кие Н. с. пре­им. на ос­но­ве ни­хро­ма, ле­ги­ро­ван­но­го в не­боль­ших ко­ли­че­ст­вах Al,Ti,Mo,W и др., об­ла­да­ют по­вы­шен­ным со­про­тив­ле­ни­ем воз­дей­ст­вию га­зо­вой сре­ды при вы­со­ких темп-рах. При­ме­ня­ют­ся для ма­ло­на­гру­жен­ных эле­мен­тов пе­чей, жа­ро­вых труб и др. де­та­лей, на­гре­вае­мых дли­тель­но до 1200 °C. По­вы­шен­ная жа­ро­стой­кость ни­хро­ма обу­слов­ле­на об­ра­зо­ва­ни­ем плот­ной плён­ки ок­си­да (Cr2O3) и шпи­не­ли (NiCr2O4) на по­верх­но­сти из­де­лий.

Жа­ро­проч­ные Н. с. (наи­бо­лее важ­ная груп­па Н. с.) ха­рак­те­ри­зу­ют­ся со­че­та­ни­ем жа­ро­стой­ко­сти и по­вы­шен­ны­ми ме­ха­нич. свой­ст­ва­ми при вы­со­ких темп-рах. Раз­ра­бо­та­ны в нач. 1940-х гг. на ос­но­ве ни­хро­ма, ле­ги­ро­ван­но­го Ti (до 3,2%) и Al (до 7%). Впо­след­ст­вии бы­ло соз­да­но боль­шое чис­ло спла­вов, до­пол­ни­тель­но ле­ги­ро­ван­ных Mo,W,Co,Nb,Ta,V,B,Zr,Hf и др., ко­то­рые по­лу­чи­ли на­зва­ния ни­мо­ник (в Ве­ли­ко­бри­та­нии) и ин­ко­нель (в США). В этих спла­вах Cr,Mo,W и др. уп­роч­ня­ют твёр­дый рас­твор ни­ке­ля – γ-фа­зу, а при ста­ре­нии за­ка­лён­ных спла­вов из γ-рас­тво­ра вы­де­ля­ет­ся уп­роч­няю­щая упо­ря­до­чен­ная дис­перс­ная γ´-фа­за – Ni3(Al,Ti). Де­фор­ми­руе­мые Н. с. при­ме­ня­ют в от­ветств. из­де­ли­ях авиац. и ра­кет­но-кос­мич. тех­ни­ки. Ус­лож­не­ние ле­ги­ро­ва­ния сни­жа­ет тех­но­ло­гич­ность спла­вов при об­ра­бот­ке дав­ле­ни­ем. По­это­му, вы­тес­няя де­фор­ми­руе­мые, ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли ли­тей­ные спла­вы, ко­то­рые мо­гут быть бо­лее ле­ги­ро­ван­ны­ми, а сле­до­ва­тель­но, и бо­лее жа­ро­проч­ны­ми (до 1100 °C). Из­де­лия из Н. с. дос­ти­га­ют наи­выс­шей жа­ро­проч­но­сти при ис­поль­зо­ва­нии на­прав­лен­ной кри­стал­ли­за­ции (напр., для по­лу­че­ния мо­но­кри­стал­лич. де­та­лей). По­вы­ше­ние ра­бо­чей темп-ры спла­вов с 800 °C до 1100 °C по­зво­ли­ло зна­чи­тель­но уве­ли­чить мощ­ность и ре­сурс авиац. дви­га­те­лей, умень­шить удель­ный рас­ход то­п­ли­ва. Из жа­ро­проч­ных Н. с. из­го­тав­ли­ва­ют так­же ряд де­та­лей тур­бин пром. на­зем­ных ус­та­новок, дви­га­те­лей на­зем­но­го транс­пор­та и др. Бо­лее вы­со­кой жа­ро­проч­но­стью и тех­но­ло­гич­но­стью об­ла­да­ют дис­перс­но-уп­роч­нён­ные Н. с., ко­то­рые по­лу­ча­ют со­че­та­ни­ем хи­мич. про­цес­сов ли­бо ме­ха­нич. ле­ги­ро­ва­ния с ме­то­да­ми по­рош­ко­вой ме­тал­лур­гии. Ме­ха­нич. ле­ги­ро­ва­ние по­зво­ля­ет од­но­вре­мен­но при­ме­нить ок­сид­ное, твёр­до­ра­с­твор­ное и по­лу­чае­мое вы­де­ле­ни­ем дис­перс­ной γ´-фа­зы упроч­не­ние, что не­об­хо­ди­мо для ис­поль­зо­ва­ния спла­вов в бо­лее ши­ро­ком диа­па­зо­не темп-р. Струк­ту­ра дис­перс­но-уп­роч­нён­ных Н. с. – на­но­раз­мер­ные ок­си­ды Th,Hf,Y,Zr и др. в ни­ке­ле­вой мат­ри­це; наи­бо­лее из­вес­тен сплав Ni с вы­со­ко­дис­перс­ны­ми ок­си­да­ми то­рия (ТД-ни­кель).

Кор­ро­зи­он­но­стой­кие Н. с. со­хра­ня­ют ра­бо­то­спо­соб­ность в кор­ро­зи­он­ной сре­де. Мо­нель-ме­талл ши­ро­ко при­ме­ня­ет­ся в хи­мич. ма­ши­но­строе­нии и при­бо­ро­строе­нии, а так­же для из­го­тов­ле­ния мед. ин­ст­ру­мен­тов и пр. Н. с., ле­ги­ро­ван­ные Mo (до 30%) или Cr и Mo (в сум­ме до 30%) ли­бо Mo и Fe (до 40%), из­вест­ны под на­зва­ния­ми хас­те­лой, ре­ма­нит и др.; ис­поль­зу­ют­ся для из­го­тов­ле­ния хи­мич. ап­па­ра­ту­ры, ра­бо­таю­щей в вы­со­ко­аг­рес­сив­ных сре­дах (напр., в со­ля­ной, сер­ной и фос­фор­ной ки­сло­тах разл. кон­цен­тра­ции) при темп-рах, близ­ких к темп-рам ки­пе­ния рас­тво­ра.

Н. с. с эф­фек­том па­мя­ти фор­мы (ни­ти­но­лы) об­ла­да­ют спо­соб­но­стью вос­ста­нав­ли­вать на­чаль­ную фор­му по­сле де­фор­ма­ции и на­гре­ва (в т. ч. мно­го­крат­но). Они проч­ны, со­вмес­ти­мы с тка­ня­ми жи­во­го ор­га­низ­ма, тех­но­ло­гич­ны; ис­поль­зу­ют­ся в ви­де разл. со­еди­нит. де­та­лей и спец. из­де­лий слож­ной кон­фи­гу­ра­ции в ме­ди­ци­не, кос­мич. тех­ни­ке, при­бо­ро­строе­нии, ра­дио­тех­ни­ке и пр.

Аморф­ные Н. с. со­дер­жат ле­ги­рую­щие до­бав­ки Si,B,Cr,Fe,Mn и др. При из­го­тов­ле­нии рас­плав ох­ла­ж­да­ют со ско­ро­стью бо­лее 150 °C в се­кун­ду для по­лу­че­ния стек­ло­об­раз­но­го со­стоя­ния в ви­де тон­кой (100–200 мкм) лен­ты или про­во­ло­ки. Аморф­ные Н. с. об­ла­да­ют вы­со­кой проч­но­стью, твёр­до­стью, кор­ро­зи­он­ной стой­ко­стью, вы­со­ким элек­трич. со­про­тив­ле­ни­ем и низ­ким ТКЭС; ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся в элек­тро­ни­ке, а так­же в ка­че­ст­ве при­по­ев для жа­ро­проч­ных ни­ке­ле­вых спла­вов.

Ино­гда к Н. с. оши­боч­но от­но­сят спла­вы, в ко­то­рых ни­кель ис­поль­зу­ет­ся как гл. ле­ги­рую­щий ком­по­нент (обыч­но ме­нее 45%), напр. кор­ро­зи­он­но­стой­кие и вы­со­ко­проч­ные ста­ли, спла­вы на ос­но­ве Fe (ин­вар, ко­вар, ал­ни), а так­же мед­но-ни­ке­ле­вые спла­вы (мель­хи­ор, ней­зиль­бер, ку­ни­аль и др.).