Контрольные вопросы

1. Свойства и маркировка первичного магния.

2. Классификация первичного магния по возможным температурам эксплуатации и термической обработки.

3. Недостатки магниевых сплавов.

4. Деформируемые магниевые сплавы: марки, свойства.

5. Литейные магниевые сплавы: марки, свойства.

6. Применение магниевых сплавов.

6.5 Сплавы на основе никеля

Никель — элемент десятой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 28. Обозначается символом Ni (лат. Niccolum). Простое вещество никель  — это пластичный, ковкий, переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой плёнкой оксида. Химически малоактивен.

В современных турбинах и реактивных двигателях важнейшей деталью являются лопатка турбины (рис.6.43). Мощность реактивного двигателя в большей степени зависит от максимальной температуры рабочего тела (газа), при которой длительное время могут работать лопатки. В современных реактивных двигателях лопатки турбин разогреваются до 700 – 900^оС, и имеется тенденция повышения этой температуры.

Для лопаток турбин применяют аустенитные стали и сплавы на основе никеля и кобальта.

Преимущественное применение имеют сплавы никеля, содержащие, как правило, хром (в количестве около 15 – 20%) и другие довольно многочисленные присадки, правда, уже в значительно меньших количествах (алюминий, титан, вольфрам, молибден, ванадий и др.).

Рис.6.43 Изделия из никелевых сплавов

Как и аустенитные стали, сплавы на основе никеля могут быть разделены на гомогенные (так называемые нихромы и инконели) и стареющие (так называемые нимоники).

Нихром — это обобщающее название класса сплавов на никелевой основе, предназначенных для резисторов и нагревательных элементов. Наиболее распространена марка – Х20Н80.

 Нихром – сплав никеля и хрома, в котором в зависимости от марки сплава содержится 55-78% никеля (Ni); 15-23% хрома (Cr); 1,5% марганца (Mn); железо, алюминий и др. составляют оставшуюся часть. По причине большего содержания никеля Х20Н80 является более дорогим. Типичные изделия из нихрома это нихромовая проволока и лента из нихрома (рис.6.44). Проволока из нихрома изготавливается диаметром от 0,3 до 10 мм. Размеры нихромовой ленты колеблются по толщине от 0,1 до 3,2 мм и шириной от 6 до 250мм. 

Рис.6.44 Изделия из нихрома

Никелевые сплавы с присадками легирующих элементов — Ti, Al, Сг, применяемые для изготовления наиболее напряженных деталей газотурбинных двигателей и др. силовых установок, работающих при высоких температурах. Никель при 800° имеет длительную прочность за 100 час. около 4 кг/мм², присадка 20% Сг упрочняет твердый раствор сравнительно мало, но повышает окалиностойкость сплава; повышение предела длительной прочности не превышает 25—30%. Введение в нихромовые сплавы Ti в количестве 2,5—3% при небольшой добавке алюминия (0,7%) обеспечивает существенное повышение их жаропрочности вследствие образования при умеренных температурах высоко дисперсной интерметаллидной γ^ʹ – фазы; в результате процессов дисперсионного твердения повышается сопротивление сплавов пластической деформации как при комнатной, так и при высоких температурах. Некоторое увеличение содержания алюминия (при наличии добавки титана) еще больше повышает жаропрочные свойства сплавов на никелевой основе вследствие увеличения количества образующихся при термической обработке дисперсных фаз.

Одним из факторов, определяющих жаропрочность, является высокое сопротивление ползучести. Жаропрочность сплавов оценивается пределами длительной прочности или ползучести при высоких температурах, и связана, в первую очередь, с их структурой и составом. По структуре жаропрочные сплавы должны быть многофазными с прочными границами зёрен и фаз. В никелевых жаропрочных сплавах сказанное обеспечивается многокомпонентным легированием. При этом жаропрочность сплавов тем выше, чем больше объёмная доля упрочняющих фаз и чем выше их термическая стабильность, то есть устойчивость против растворения и коагуляции при повышении температуры.

 Высокая стойкость против коррозии в ряде агрессивных сред, жаропрочность, большое омическое сопротивление и некоторые другие специальные свойства никеля и его сплавов обусловливают применение этих материалов в химическом машиностроении, электрохимической и других отраслях промышленности. При изготовлении сварной аппаратуры для химической промышленности используют преимущественно никель марки Н0 (не менее 99,93% Ni). В среднем для этого никеля в отожженном состоянии временное сопротивление 38—45 кгс/мм2, относительное удлинение 32—50%. В сварных изделиях применяют сплавы никеля с медью, хромом, алюминием и другими элементами.

Сварка никелевых сплавов

Сварка никеля и его сплавов затрудняется прежде всего склонностью к росту зерна при высоких температурах. При этом по границам крупных зерен располагаются легкоплавкие хрупкие эвтектики: Ni₃S-Ni с температурой плавления 645^оС и Ni₃P-Ni с температурой плавления 880^оС. Появление этих эвтектик снижает прочность межзёренных границ и при кристаллизации, в полужидком состоянии металла, под действием растягивающих напряжений возникают горячие трещины.

Второй серьезной проблемой является образование газовых пор. В никеле хорошо растворяется водород и в меньшей степени азот. Кроме того, водород способен взаимодействовать с оксидом никеля NiO и образовывать воду. Азот взаимодействует с оксидом никеля NiO и образует летучие нитриды Ni₃N. Углерод также вступает в реакцию с NiO и образует СО. Эти процессы и приводят к образованию пор.

Третьей проблемой при сварке никеля и его сплавов является высокое поверхностное натяжение расплавленного никеля, что уменьшает глубину проплавления металла. Это требует увеличения угла разделки кромок деталей или применения активирующих флюсов.

Для сварки под слоем флюса (рис.6.45) применяют проволоки марки НМц2,5, НП-0, НП-1, Нп-2 и бескислородные солевые флюсы типа 48-ОФ-6 и АНФ-573.

Рис.6.45 Сварка под флюсом сплавов на основе никеля