Сплавы с регламентируемым температурным коэффициентом линейного расширения

Основным представителем сплавов с минимальным ТКЛР является сплав 36Н. Инвар имеет самые низкие значения а в интервале температур от 100 до +100 °С. Благодаря высокому уровню механических свойств и тех­нологичности инвар используется в качестве конструкционного материала для деталей, от которых требуется постоянство размеров при меняющихся температурных условиях эксплуатации. Из инвара изготавливают жестко- закрепленные трубопроводы сложной пространственной формы, перекачи­вающие сжиженные газы в криогенных установках. Малая величина ТКЛР позволяет уменьшить напряжения в трубопроводах и предотвратить воз­можность их разрушения. Отпадает необходимость установки сильфонных узлов для компенсации деформации, что упрощает конструкцию и делает ее более надежной.

Для обеспечения минимально возможного ТКЛР и наибольшей ста­бильности размеров содержание углерода в сплавах инварного состава не должно превышать 0,05 %. Более высокое содержание углерода приводит к изменению параметров кристаллической решетки и магнитострикции пара­процесса. Для спаев со стеклом повышенное содержание углерода приводит к выделению СО2 в процессе впаивания и образованию газовых пузырей в стекле.

В табл. 1.2.1 приведены составы и свойства сплавов с регламен­тированными значениями ТКЛР, нашедших наибольшее применение.

Значе­ния ТКЛР приведены в состоянии после отжига при температуре ~900°С с последующим медленным охлаждением.

ТКЛР сплавов зависит от предварительной обработки. Минимальное значение коэффициента а инвара достигается после закалки от 830 °С, в ре­зультате которой примеси переходят в твердый раствор, и отпуска при 315 °С. Холодная деформация также способствует снижению ТКЛР. В ре­зультате комбинации обеих обработок а становится почти равным нулю.

Замена части никеля равным количеством кобальта и легирование малыми добавками меди позволяет дополнительно снизить ТКЛР инвара. Та­кой сплав называют суперинваром.

В электровакуумных газоразрядных и полупроводниковых приборах широко используют спаи металлов с такими диэлектриками, как стекло и ке­рамика. Для обеспечения герметичности и вакуумной плотности спаев необходимо соответствие ТКЛР материалов соединяемой пары в эксплуатацион­ном интервале температур. Во избежание напряжений и трещин значение ТКЛР сплава должно быть максимально приближено к ТКЛР диэлектрика и строго регламентировано. Для определения пригодности спаев металлов со стеклом используют чувствительный метод - измерение в поляризованном свете упругих напряжений, имеющихся в спае.

Состав сплавов для пайки и сварки со стеклом подбирают таким об­разом, чтобы ТКЛР стекла и металла были близки во всем интервале темпе­ратур вплоть до размягчения стекла. Ковар применяют для соединения с тер­мостойкими стеклами, а платинит - с обычными легкоплавкими стеклами, применяемыми в электровакуумной промышленности.

Стали с определенным тепловым расширением служат также для из­готовления термобиметаллов, когда слой с низким тепловым расширением ("пассивный слой") путем прокатки надежно соединяют с другим слоем, об­ладающим более высоким тепловым расширением ("активный слой"). Биме­таллические пластины используют в качестве терморегулятора в приборо­строении. Нагрев такой пластинки приводит к ее искривлению, позволяюще­му замкнуть электрическую цепь.

Основным свойством термобиметаллов является термочувствитель­ность, т.е. способность изгибаться при изменении температуры. В качестве пассивной составляющей обычно применяют инвар 36Н с ТКЛР = 1,5 10^-6 К-1, а в качестве активной - Fe-Ni сплавы с ТКЛР около 20 10^-6 К-1, содержащие 8-27 % Ni, дополнительно легированные Сг, Мп, Мо.