Przemysł metalurgiczny odgrywa ważną rolę w życiu każdego człowieka, ponieważ każdego dnia mamy do czynienia z różnymi produktami metalowymi. I są wykonane z różnych stopów, które uzyskuje się przez wytop. Do produkcji tych materiałów wykorzystuje się co najmniej dwa metale, a specjalne dodatki poprawiają właściwości. W tym artykule omówimy kilka stopów żelaza i niklu, ich właściwości i zastosowania.
O właściwościach żelaza
Czyste żelazo ma kolor srebrnoszary i jest ciągliwe i ciągliwe. Rodzime wlewki występujące w naturze mają wyraźny metaliczny połysk i znaczną twardość. Na wysokości i przewodności elektrycznej materiału łatwo przenosi prąd za pomocą wolnych elektronów. Metal ma średnią ogniotrwałość, mięknie w temperaturze +1539 stopni Celsjusza i traci swoje właściwości ferromagnetyczne. Jest pierwiastkiem aktywnym chemicznie. W normalnych temperaturach łatwo reaguje, a po podgrzaniu właściwości te ulegają poprawie. W powietrzu zostaje pokryty warstwą tlenku, co uniemożliwia kontynuację reakcji. Pod wpływem wilgotnego środowiskapojawia się rdza, która nie zapobiega już korozji. Ale mimo to żelazo i jego stopy są szeroko stosowane.
Trochę historii
Invar to stop żelaza i niklu, który zawiera 36% dodatku stopowego. Po raz pierwszy został odkryty we Francji w 1896 roku przez fizyka Charlesa Guillaume'a. W tym czasie pracował nad poszukiwaniem niedrogiego metalu na wzorce miar masy i długości, które zostały wykonane z bardzo drogiego stopu platynowo-irydowego. Dzięki temu odkryciu naukowiec otrzymał w 1920 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Słowo „inwar” po łacinie oznacza niezmienny. Oznacza to, że współczynnik rozszerzalności cieplnej stopu żelazowo-niklowego pozostaje stały w szerokim zakresie temperatur - od -80 do 100 stopni Celsjusza. Stop ten ma kilka innych nazw: nilvar, vakodyl, nilo-alloy, radiometal. Invar jest znakiem towarowym firmy Imphy Alloys Inc., która jest własnością grupy stalowej Arcelor Mittal.
Stop żelaza i niklu
Aby poprawić właściwości żelaza, przy użyciu różnych dodatków uzyskuje się stopy. Naukowcy uważali, że uzyskanie stopu żelazowo-niklowego nie będzie trudne, biorąc pod uwagę termodynamiczne właściwości metali. Ale w praktyce napotkali problemy. Podczas oddziaływania metali, podczas produkcji stopu żelaza z niklem, w wyniku procesu utleniania bocznego, żelazo ze stanu dwuwartościowego przechodzi w stan trójwartościowy.
W rezultacie wydajność stopu spada, a niektóre właściwości fizyczne ulegają pogorszeniu. Aby rozwiązać ten problem, do elektrolitu dodaje się aminy i kwasy organiczne, które tworzą związki o małej rozpuszczalności z żelazem żelazowym. Pod tym względem elastyczność osadu staje się lepsza, a dla jego równomiernego rozprowadzenia miesza się elektrolity. Powstały stop żelaza i niklu nazywa się inwar.
Zastosowanie stopu Invar
Niewielki współczynnik rozszerzalności cieplnej pozwala na wykorzystanie go do produkcji:
- części instrumentu;
- taśmy i druty do prac geodezyjnych;
- Laserowe konstrukcje wsporcze;
- części mechanizmów zegarka, wahadła chronometru;
- Produkty walcowane: pręty i blachy gorącowalcowane, taśmy walcowane na zimno, rury bezszwowe, pręty kute.
W celu zwiększenia wytrzymałości wykonuje się odkształcenie plastyczne na zimno stopu żelazo-niklu, a następnie przeprowadza się obróbkę cieplną w niskiej temperaturze. W celu uzyskania większej odporności na korozję w normalnych warunkach atmosferycznych jej powierzchnię poleruje się i nakłada warstwę ochronną, jeśli produkt jest przeznaczony do stosowania w środowiskach agresywnych. Właściwości antykorozyjne Invaru wzrosną również po dodaniu do jego składu około 12% chromu, podczas gdy zachowuje on stałą elastyczność po podgrzaniu do 100 stopni.
Stopy magnetyczne
Te stopy są szeroko stosowane w elektrotechnice. Służą do wytwarzania magnesów trwałych, rdzeni transformatorów,elektryczne przyrządy pomiarowe, elektromagnesy. Ludzie od dawna wiedzą, że żelazo ma właściwości magnetyczne, dzięki czemu ma wiele zastosowań.
Dużo później odkryto, że ta sama właściwość tkwi w niklu i niektórych innych metalach. Produkty wykonane ze stopu magnetycznego żelaza i niklu mają również zdolność do utrzymywania własnego pola magnetycznego, gdy zewnętrzne nie jest już obecne. Co więcej, to osobiste pole może ponownie wpływać na inne ciała magnetyczne.
Nikiel, kob alt i ich stopy
Kob alt i nikiel to pierwiastki z podgrupy żelaza. Wszystkie trzy elementy mają podobne właściwości, ale są też znaczące różnice. Oba metale są gęstsze niż żelazo i znacznie twardsze i mocniejsze niż żelazo. Są mniej aktywne pod względem chemicznym, różnią się odpornością na korozję. Ponadto metale są cenione za ich większą odporność na korozję gazową.
Wadami kob altu i niklu są ich wysoka toksyczność i znaczny koszt w porównaniu z żelazem. Znajdują zastosowanie do antykorozyjnych powłok zewnętrznych wyrobów ze stali węglowych i żelaza w reakcjach elektrochemicznych. A także są używane do produkcji komponentów i części wymagających zwiększonej wytrzymałości i twardości. Należy zwrócić uwagę na szczególne znaczenie stopów żelaza, niklu i kob altu, które nazywane są koinvar, invar, supermalloy, permalloy i malloy. Ich główną zaletą jest wysokawłaściwości magnetyczne. Stopy te są używane do produkcji obwodów magnetycznych dla różnych urządzeń elektromagnetycznych.
Stop Kovar
Mieszanka składa się z metali o doskonałych właściwościach mechanicznych. Są łatwe w obróbce, łatwo poddają się walcowaniu, przeciąganiu, kuciu i tłoczeniu. A stop kob altu, niklu i żelaza jest inaczej nazywany kovarem. Dobrze dobrana kombinacja pierwiastków chemicznych zapewnia materiałowi doskonałe właściwości. Stop ten ma dobrą przewodność cieplną, wysoki współczynnik oporności elektrycznej i współczynniki rozszerzalności liniowej bliskie zeru w szerokim zakresie temperatur. Jedyną wadą jest niska odporność na korozję w wilgotnych środowiskach, dlatego często stosuje się ochronne powłoki srebra. Kovar jest szeroko stosowany w przemyśle do produkcji:
- rury, taśmy i przewody;
- kondensatory;
- przypadki wyposażenia w oprzyrządowanie;
- szczegóły dotyczące elektroniki radiowej;
- przypadki w branży elektropróżniowej.
Stop zawiera drogi kob alt i nikiel, co zwiększa koszt materiału, ale dobra wydajność i długa żywotność pokrywają początkową inwestycję.
Stopy Alni
Alni to nazwa grupy dla stopów magnetycznych żelazo-nikiel-aluminium. Wraz ze wzrostem stężenia aluminium i niklu w pewnych granicach maleje szczątkowa indukcja i wzrasta siła przymusu. Najczęściej stosowane stopy, w których aluminium od 11 do18%, a nikiel - 20-34%. Główne właściwości takich stopów to przewodność elektryczna, przewodność cieplna i ciągliwość. Wszystkie charakteryzują się dobrym spawaniem.
Aby użyć stopów do produkcji magnesów, są one połączone z kob altem i miedzią. W tym przypadku materiał nabiera twardości i kruchości oraz ma gruboziarnistą strukturę. Stopy Alni są stosowane jako materiał konstrukcyjny części turbin gazowych i silników odrzutowych pracujących w wysokich temperaturach przekraczających 1000 stopni Celsjusza przez długi czas, utrzymując metal bez uszkodzeń.
Wniosek
Wszystkie metale intensywnie używane we współczesnym przemyśle to stopy. Na przykład prawie całe żelazo produkowane na świecie jest wykorzystywane do produkcji żelaza i stali. Można to wytłumaczyć tym, że stopy charakteryzują się lepszymi właściwościami niż metale, z których są otrzymywane. Należy zauważyć, że stopy produkowane przez przemysł mają dla nich wspólne właściwości: wytrzymałość, twardość, elastyczność i plastyczność. A żelazo-niklowe mają również właściwości magnetyczne, które są wzmacniane podczas produkcji za pomocą dodatkowego stopu.
