Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 [ 42 ] 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61


Пардпроцесс

Рис. 16.2. Основная кривая намагничивания


в t

Рис. 16.4. Схема изменения размера кристалла инварного сплава при нагреве

ченными, так как в них велика объемная магнитострикция.

Температурный коэффициент линейного расширения для ферромагнетиков в общем виде определяется формулой

а = ао - Д.

где oCq-нормальный коэффициент линейного расширения, определяемый энергией связи атомов; Д-ферромагнитная часть коэффициента линейного расширения, основной составляющей которой является объемная магнитострикция парапроцесса.

Изменение размеров детали из инварного сплава при нагреве, описываемое формулой , = zo+)• показано в виде схемы (рис. 16.4). Нормальная составляющая размера А„, определяемая энергией связи атомов, растет вследствие уменьшения энергии при нагреве. Этот рост компенсируется уменьшением магиитострикции, так как при нагреве уменьшается намагниченность ферромагнетика из-за тепловых колебаний атомов.

В результате размер А при нагреве до температуры точки Кюри увеличивается незначительно, а для некоторых инварных сплавов

Рис. 16.3. Схема изменения формы и размера домена ферромагнетика под влиянием внутреннего магнитного поля

даже уменьшается, т. е. коэффициент линейного расширения имеет отрицательное значение.

Так, сплав, содержащий 54% Со, 9%Сг и 37% Fe, в интервале температур от 20 до 70Х имеет а= -1,2 - Ю"*- 1/°С. Этот сплав из-за высокого содержания хрома имеет хорошие антикоррозионные свойства.

При нагреве выше температуры точки Кюри ферромагнитная часть коэффициента теплового расширения исчезает вследствие перехода сплава в парамагнитное состояние, и коэффициент о( резко возрастает. Все сказанное объясняет аномально заниженные значения коэффициента а у инварных сплавов.

В инварных железоникелевых сплавах, содержащих 29-45% Ni, обнаружена ферромагнитная аномалия коэффициента я. Минимальное значение коэффициента я в интервале температур О-100°С имеет сплав с 36% Ni. При более высоких температурах этот минимум наблюдается в сплавах с больщим содержанием никеля.

Сплав 36Н, называемый инваром (неизменный),- основной представитель сплавов с минимальным коэффициентом а. Низкое значение коэффициента а в области температур 20-25 °С, а также хорошие механические, технологические и антикоррозионные свойства позволили использовать инвар как конструкционный материал для деталей приборов, от которых требуется постоянство размеров при изменении температуры в условиях эксплуатации.



ТАБЛИЦА 16.1. Свойства сплавов инварного типа (ГОСТ 10994 - 74)

Сплав

Массовая доля элементов, %

а • 106, 1ГС

Температурный

интервал измерения, °С

36Н (инвар) 32НКД (суперинвар) 29НК (ковар) ЗЗНК

47НД (платинит)

35-37 31,5-33 28,5-29,5 32,5-33,5

46-48

3,2-4,2 17-18 16,5-17,5

0,6-0,8 4,5-5,5

1,5 1

4,5-6,5 6-9 9-11

-60 ч-100 -60-100 -70420 -70470 -70-440

Значения коэффициента а в значительной степени зависят от содержания примесей (особенно углерода) и технологии термической обработки сплава.

Углерод в процессе термической обработки образует с железом и никелем пересыщенные твердые растворы внедрения. В процессе эксплуатации, выделяясь, углерод вызывает «ползучесть» значения коэффициента а. Это связано с изменением параметра кристаллической рещетки и магнитострикции пара-процесса, поэтому содержание углерода в сплаве должно быть минимальным (не более 0,05%). Минимальное значение коэффициента а у инвара достигается после закалки от 830 °С, в процессе которой все примеси переходят в твердый раствор. Отпуск при 315 °С в течение 1 ч приводит к выделению мелкодисперсных избыточных фаз; последующее старение при 95 °С в течение 48 ч снимает все остаточные внутренние напряжения, возникающие в процессе технологической обработки деталей, и стабилизирует значение коэффициента а.

Свойства инвара дополнительно улучшают легированием кобальтом, который частично заменяет никель, и медью. Сплав такого типа, называемый суперинвар, имеет еще более низкое значение коэффициента а (табл. 16.1).

Особую группу составляют сплавы для пайки и сварки со стеклом. Составы этих сплавов подобраны таким образом, чтобы коэффициент а сплава соответствовал коэффициенту а материала, с которым производится соединение, во всем интервале температур, вплоть

до размягчения стекла. Это обеспечивает сохранение спая при нагреве и охлаждении (в процессе изготовления и в условиях эксплуатации) и получение герметичного соединения.

Помимо этого основного требования к сплаву выдвигается требование в отношении пластичности и хорошей обрабатываемости давлением.

Основной представитель этой группы-сплав 29НК (его называют ковар), который имеет такой же коэффициент а, как термостойкое стекло, вольфрам и молибден. В этом сплаве часть никеля заменена кобальтом, что повышает температуру точки Кюри и расширяет область его применения до температуры 420 °С. При тех же температурах начинается размягчение термостойкого стекла.

Сплав пластичен и хорошо обрабатывается давлением, поэтому он заменил менее пластичные и нежаростойкие вольфрам и молибден в электровакуумном производстве.

Сплав 47НД относится к группе сплавов, имеющих такой же коэффициент а, как платина и нетермостойкие «мягкие» стекла.

Этот сплав называют платинитом и используют для сварки и пайки с такими стеклами в электровакуумной промышленности. Вследствие высокого содержания никеля сплав имеет высокую температуру точки Кюри.

Для пайки с керамикой используется сплав ЗЗНК, являющийся аналогом ко-вара, но с повышенным содержанием никеля. Для такой пайки не требуется очень точного совпадения коэффициен-



тов а, что упрощает технологию изготовления сплава.

В качестве терморегулятора в приборостроении используют биметаллические пластинки, сваренные из двух материалов с различным значением коэффициента а. Для этих целей обычно используют инвар 36Н, имеющий минимальное значение коэффициента а, и сплав с 25% Ni, у которого коэффициент а очень большой (20-10" У°С)-При нагреве пластинка биметалла сильно искривляется и замыкает (либо размыкает) электрическую цепь.

16.2. Сплавы с заданным температурным коэффициентом модуля упругости

Сплавы Fe-Ni, помимо низких значений температурного коэффициента линейного расширения при некоторых концентрациях никеля, обладают еще одним замечательным свойством- малым температурным коэффициентом модуля упругости.

Во всех твердых телах, в том числе и металлах, модуль упругости при нагреве уменьшается в связи с уменьшением энергии межатомных связей.

В некоторых сплавах Fe-Ni, называемых элинварными, наблюдается аномалия в изменении модуля упругости при нагреве, который либо растет, либо изменяется очень незначительно.

Элинварные сплавы широко применяют для изготовления упругих элементов и пружин точных приборов и механизмов (пружин, камертонов, резонаторов электромеханических фильтров и пр.). Постоянство модуля упругости обеспечивает малую температурную погрешность прибора в условиях эксплуатации.

Природа аномальности изменения модуля упругости при нагреве, так же как и природа инварности, ферромагнитного происхождения.

Внешние растягивающие напряжения действуют на ферромагнетик подобно магнит-


Рис. 16.5. Упругая часть диаграммы деформации ферромагнетика

ному полю, ориентируя магнитные векторы доменов и вызывая магнитострикцию (линейную и объемную), которую в этом случае называют механострикцией.

В результате общая деформация ферромагнетика при воздействии на него внешних напряжений будет складываться из упруго-механической 5р и механострикционной 5„ составляющих.

Модуль нормальной упругости для ферромагнетика определяется по формуле

£ = ст/6о-1-8„,

т. е. значения модуля упругости занижены вследствие дополнительной деформации ферромагнитной природы.

На рис. 16.5 показана диаграмма упругой деформации ферромагнетика. Если до приложения нагрузки наложить очень большое внешнее магнитное поле, которое исчерпает магнитострикционную деформацию, го модуль упругости ферромагнетика будет определяться только упругомеханической деформацией и значения его будут большими:

£о = Фо-

Таким образом, во всех ферромагнитных материалах модуль нормальной упругости несколько занижен из-за наличия деформации ферромагнитной природы:

В элинварных сплавах вследствие большой объемной механострикции парапроцесса Д£-эффект, в отличие от остальных ферромагнетиков, приобретает большое значение и вызывает аномальное изменение модуля упругости при нагреве.

Возможный характер зависимости модуля упругости £ ферромагнитного материала от температуры нагрева показан на рис. 16.6. Уменьшение Eg при нагреве обусловлено ос-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 [ 42 ] 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61
Все подробности санаторий бурденко саки на сайте.