Склад, структура, властивості та застосування нікелю і нікелевих сплавів

Тема 1. Технологія зварювання нікелю і нікелевих сплавів

Склад, структура, властивості та застосування нікелю і нікелевих сплавів

Нікель і нікелеві сплави, що вміщують 55% Ni та більше, являються дуже важливими конструкційними матеріалами. Це достатньо міцний та в’язкий метал.

Нікель має гранецентровану кубічну кристалічну гратку. При нагріванні нікель не зазнає ніяких фазових перетворень. Має фізичні властивості, які схожі з властивостями сплавів заліза аустенітної фази.

Нікель відноситься до феромагнітних матеріалів.

Характерною особливістю чистого нікелю являється здатність зберігати пластичні властивості при високій та дуже низькій температурах. Добре обробляється в гарячому та холодному станах.

Нікель має високу корозійну стійкість в агресивних середовищах, жароміцність і жаростійкість.

Нікель має низьку хімічну активність. На поверхні нікелю в початковій стадії окислювання утворюється дуже тонка і міцна захисна плівка, котра перешкоджає подальшому окисленню та корозії. Нікель стійкий проти корозії в лужних розплавах різної концентрації, в нейтральних і лужних розчинах солей соляної, сірчаної, азотної та інших кислот тощо. На нікель сильно діють азотна (крім концентрованої) та азотиста кислоти Нікель пригодний для виготовлення виробів, які працюють при звичайній температурі в контакті з сірчаною та розбавленою соляною кислотами.

В промисловості виготовляють 6 марок технічного (металургійного) нікелю: Н-0; Н-1у; Н-1; Н-2; Н-3; Н-4 чистотою від 97, 6 до 99, 99% Ni (домішки кобальту від 0, 7 до 0, 005%).Для виготовлення нікелевого прокату використовують в основному найбільш високі за якістю марки нікелю: Н-0, Н-1у, Н-1 (межа міцності σ _в=30÷ 77 кг/мм², відносне видовження δ =2÷ 50%).

Як конструкційний матеріал, найбільш широке використання в промисловості отримали сплави на нікелевій основі в поєднанні з міддю, хромом, молібденом, залізом, титаном і берилієм.

Найважливіші легуючи елементи розчинні в нікелі, тому основні конструкційні сплави на його основі мають добру міцність і задовільну пластичність.

Нікелеві сплави можна умовно поділити на 4 групи:

- конструкційні (кислотостійкі, корозійностійкі);

- електротехнічні;

- сплави з особливими фізичними властивостями;

- жароміцні.

До І групи відноситься технічний (напівфабрикатний) нікель типа НП (НП0, НП1, НП2, НП3, НП4 з сумарним вмістом легуючих домішок марганцю, кремнію, магнію, вуглецю до 1% - НП4).

Найбільш розповсюджений сплав монель (монель-метал) – кислотостійкий сплав нікелю, що містить в якості основного легуючого елементу – мідь.

Марка:

Монель НМЖМц28-2, 5-1, 5 (Ni=50...60%, Cu=27...29%, Fe=2...3%, Mn=1, 2...1, 8%; σ _в≥ 44 кг/мм², δ ≥ 25%).

Монель широко використовують в хімічному машинобудуванні, суднобудуванні.

Інконель містить Cr=14...17%, Fe=6...10%.

Хастеллой А, В, С містить відповідно Мо=20...22%, 26...30%, 16...17%, а хастеллой С містить домішки W=3, 75...5, 25%, Cr=15, 5...17, 5%.

Використовується для виготовлення виробів, які працюють в агресивних середовищах різних кислот при нормальних і підвищених температурах.

До ІІ групи відносяться кременистий нікель (НК-02), марганцевистий нікель (НМц5), ніхром (Х20Н80), константан (МНМц40-1, 5), алюмель, хром ель, копель.

Із-за високої температури випаровування в вакуумі, великого електричного опору і термоЕДС, жаростійкості ці сплави використовуються в електротехнічній, радіоелектронній та інших галузях промисловості.

До ІІІ групи відносяться такі сплави, як пермалой (65НП – Ni=70...80%, Fe- все інше), суперпермалой, інвар та інші, які використовуються для виготовлення постійних магнітів, деталей в приладах і таке подібне.

До IV групи відносяться жароміцні та жаростійкі сплави типа німонік, що містять основний легуючий елемент хром, а також домішки титан, алюміній, молібден, вольфрам, ванадій.

Нікелеві жароміцні (мають підвищенні міцностні властивості при високих температурах) сплави, що деформуються, типа ХН77ТЮ, ХН70ВМТЮ (Cr=14...16%, σ _в=68, 6 кг/мм², δ =8% при Т=800º С) призначені для виготовлення напружених деталей (робочі лопатки, диски газових турбін), які працюють при нагріванні до 800-850º С.

Зміцнення за рахунок легуючих елементів: титан, алюміній, вольфрам, молібден, ніобій, хром (Cr=19...22%, 13...16%).

Нікелеві жаростійкі (мають підвищену стійкість до корозії в газових середовищах при підвищеній температурі) сплави, що деформуються, типа ХН70Ю (Cr=20...29%), ХН78Т (Cr=19...22%, Ті=0, 15...0, 35%, σ _в=63, 6 кг/мм², δ =100% при Т=1000º С) використовують для виготовлення деталей, які працюють при температурі 1100º С (жарові труби камер згоряння газових турбін, форсажні камери реактивних двигунів і таке подібне).

Жаростійкість (окалиностійкість) підвищують за рахунок введення 15...35% хрому.