Какие свойства никеля способствуют широкому применению его сплавов?

Лекция 4. Никель и никелевые сплавы.

Основные свойства никеля.  Области применения никеля.

Назовите физические свойства никеля.

 Никель – серебристо-белый металл. Плотность никеля 8,9г/см3, атомный радиус 1,24А, температура плавления 1453°С.  Никель существует в виде b-модификации, имеющей гранецентрированную кубическую решетку (a=3,5236А).

Назовите механические и технологические свойства никеля.

Никель - ковкий и пластичный металл. Предел прочности при растяжении 400-500МПа. Предел текучести 120МПа, удлинение 40%, модуль нормальной упругости 20,5×10⁴А, твердость по Бринеллю 600 – 800 МПа. 

  4.1.3. Назовите химические свойства никеля.

Никель - металл средней активности. Взаимодействие с кислородом начинается при 500°С, с азотом не реагирует даже при высоких температурах (до 1400°С). Но поглощает (особенно в порошковом состоянии) большие количества H₂, СО. Насыщение газами ухудшает его механические свойства. По отношению к воде никель устойчив. Органические кислоты действуют на никель лишь после длительного соприкосновения с ним. Серная и соляная кислоты медленно растворяют никель; разбавленная азотная – очень легко; концентрированная азотная пассивирует никель. В температурном интервале от 0 до 631К никель ферромагнитен.

4.1.4. Назовите области применения никеля

Из чистого никеля и никелевых сплавов изготовлены внутренние детали электронных ламп. Значительное      .    количество никеля расходуется для производства щелочных аккумуляторов. Ковкий никель в чистом виде применяется для изготовления тончайших листов и трубок. Он используется в химической промышленности для изготовления специальной химической аппаратуры и как катализатор многих химических процессов.

Никель используют как защитное или декоративное покрытие (никелирование). Чаще всего никелевые покрытия наносят гальваническим методом. Около 20% мирового производства никеля идет на гальваническое никелирование изделий из других металлов.

Никель – весьма дефицитный металл и по возможности должен заменяться другими, более дешевыми и распространенными материалами.  

 Никель мог бы стать серьезным конкурентом железу, но, к сожалению, в природе он встречается гораздо реже. Мировое производство никеля около полумиллиона тонн в год, т. е. в тысячу раз меньше, чем производство стали. Половина этого количества никеля идет на легирование сталей – в сталеплавильном производстве он является одним из важнейших легирующих элементов. Никель повышает вязкость и прочность низколегированных сталей, коррозионную стойкость и жаропрочность высоколегированных сталей.

                                              4.2. Никелевые сплавы.      

Какие свойства никеля способствуют широкому применению его сплавов?

Способность никеля растворять в себе значительное количество других металлов и сохранять при этом пластичность привела к созданию большого числа никелевых сплавов. Полезные свойства никелевых сплавов в определенной степени обусловлены свойствами самого никеля, среди которых наряду со способностью образовывать твердые растворы со многими металлами выделяются ферромагнетизм, высокая коррозионная стойкость в газовых и жидких средах, отсутствие аллотропических превращений.

4.2.2. Охарактеризуйте сплавы с заданными значениями коэффициента теплового расширения.         

Сплавы этой группы в основном применяются в приборостроении. Часто для получения необходимой точности работы прибора требуются материалы, которые имели бы определенные и не изменяющиеся коэффициенты теплового расширения, модуля упругости и т. д. Основную группу сплавов, используемых для этих целей, составляют сплавы системы Fe –Ni.   В зависимости от состава сплава коэффициент его теплового расширения может изменяться почти в 20 раз. Наибольшее применение имеет сплав Н36 ( 36% никеля) – инвар, практически не расширяющийся (коэффициент теплового расширения a=1,5×10^-6мм/(мм×°С) в интервале температур от –30 до +100°С.

Для впаев в стеклянные или керамические корпуса или детали вакуумных приборов применяют сплавы Fe-Ni, добавочно легированные кобальтом или медью, имеющие равный со стеклом коэффициент линейного расширения и близкую температурную зависимость. Сплав Н48 с 48% никеля имеет коэффициент a=9×10^-6мм/(мм×°С), т.е. одинаковый со стеклом и называется платинитом.                                                                

4.2.3. Охарактеризуйте сплав с малым температурным коэффициентом упругости при изменении температуры до 120 - 200°С.

       Сплав элинвар с малым температурным коэффициентом упругости при изменении температуры до 120 - 200°С имеет состав: 36%Ni, 8%Cr, Fe – остальное. Из элинвара изготовляют мембраны, сильфоны, волосовые пружины часов, а также другие высокоточные упругие элементы приборов и механизмов.

    4.2.4. Охарактеризуйте Сплавы с высоким электросопротивлением.

      Одна группа этих сплавов используется для изготовления электронагревательных элементов, другая – для реостатов. Сплавами с высоким электросопротивлением для нагревательных элементов являются сплавы на основе никеля и хрома – нихромы (Х15Р60 и X20Н80. Их предельная рабочая температура находится в пределах соответственно 900 и 1100°С.

В качестве реостатных сплавов в основном применяются сплавы системы

Cu-Ni-Mn (~40 – 45%Ni, 1 – 2%Mn, Cu – остальное), а также сплавы

МНМц40-1,5 (константан) и МНМц43-0,5 (копель). Они имеют электросопротивление порядка 0,5 Ом×мм²/м, которое практически не зависит от температуры. Предельная рабочая температура этих сплавов 500°С.

    4.2.5. Охарактеризуйте магнитные сплавы.

    Здесь будут рассмотрены ферромагнитные материалы, которые характеризуются способностью очень интенсивно намагничиваться под воздействием внешнего магнитного поля. В магнитном поле домены (области спонтанного намагничивания) ферромагнитного материала ориентируются вдоль направления внешнего силового поля в тем большей степени, чем больше напряженность намагничивающего поля Н. После удаления поля в ферромагнитном материале сохраняется остаточная индукция Вr. Для устранения остаточной индукции нужно приложить к ферромагнитному материалу магнитное поле обратного знака, равное величине Н_С. Значение напряженности размагничивающего поля Н_С называется коорцетивной силой. Произведение Вr× Н_С характеризует энергию перемагничивания, и эту величину называют магнитной энергией ферромагнитного материала. Магнитные материалы подразделяются на магнитотвердые и магнитомягкие.