Den metallurgiska industrin spelar en viktig roll i allas liv, eftersom du varje dag har att göra med olika metallprodukter. Och de är gjorda av olika legeringar, som erhålls genom smältning. Vid tillverkningen av dessa material används minst två metaller, och speciella tillsatser används för att förbättra egenskaperna. Den här artikeln kommer att granska flera järn-nickellegeringar, deras egenskaper och tillämpningar.
Om järnets egenskaper
Rent järn är silvergrå till färgen och är formbart och formbart. Inhemska göt som finns i naturen har en uttalad metallisk lyster och betydande hårdhet. På materialets höjd och elektriska ledningsförmåga överför det enkelt ström med hjälp av fria elektroner. Metallen har en genomsnittlig eldfasthet, mjuknar vid en temperatur på +1539 grader Celsius och förlorar sina ferromagnetiska egenskaper. Det är ett kemiskt aktivt element. Vid normala temperaturer reagerar den lätt, och vid uppvärmning förstärks dessa egenskaper. I luften blir den täckt av en oxidfilm, vilket förhindrar att reaktionen fortsätter. När den utsätts för en fuktig miljörost uppstår, vilket inte längre förhindrar korrosion. Men trots detta används järn och dess legeringar i stor utsträckning.
Lite historia
Invar är en legering av järn och nickel, som innehåller 36 % legeringstillsats. Den upptäcktes första gången i Frankrike 1896 av fysikern Charles Guillaume. Vid den här tiden arbetade han på sökandet efter en billig metall för standarder för mått på massa och längd, som tillverkades av en mycket dyr platina-iridiumlegering. Tack vare denna upptäckt fick vetenskapsmannen Nobelpriset i fysik 1920.
Ordet "invar" på latin betyder oföränderlig. Detta innebär att värmeutvidgningskoefficienten för en järn-nickellegering förblir konstant över ett brett temperaturområde - från -80 till 100 grader Celsius. Denna legering har flera andra namn: nilvar, vakodyl, nilo-legering, radiometall. Invar är ett varumärke som tillhör Imphy Alloys Inc., som ägs av stålgruppen Arcelor Mittal.
Järn-nickellegering
För att förbättra egenskaperna hos järn, med hjälp av olika tillsatser, erhålls legeringar. Forskare trodde att det inte skulle vara svårt att få en järn-nickellegering, med hänsyn till metallernas termodynamiska egenskaper. Men i praktiken stötte de på problem. Under växelverkan mellan metaller, under produktionen av en legering av järn med nickel, som ett resultat av en sidooxidationsprocess, övergår järn från det tvåvärda tillståndet till det trevärda tillståndet.
Som ett resultat minskar utbytet av legeringen och vissa fysikaliska egenskaper försämras. För att lösa detta problem tillsätts aminer och organiska syror till elektrolyten, som bildar föreningar med låg löslighet med järn(III). I detta avseende blir fällningens elasticitet bättre, och för dess enhetliga fördelning blandas elektrolyterna. Den resulterande legeringen av järn och nickel kallas invar.
Användning av Invar-legering
Obetydlig termisk expansionskoefficient gör att den kan användas för produktion:
- instrumentdelar;
- tejp och tråd för geodetiska arbeten;
- Laserstödjande strukturer;
- delar av urverk, kronometerpendlar;
- valsade produkter: varmvalsad stång och plåt, kallvalsad remsa, sömlösa rör, smidda stänger.
För att öka hållfastheten utförs kallplastisk deformation av järn-nickellegeringen, och sedan utförs lågtemperaturvärmebehandling. För större motståndskraft mot korrosion under normala atmosfäriska förhållanden poleras dess yta och ett skyddande lager appliceras om produkten är avsedd för användning i aggressiva miljöer. De korrosionsskyddande egenskaperna hos Invar kommer också att öka när cirka 12 % krom tillsätts till dess sammansättning, samtidigt som den behåller konstant elasticitet när den värms upp till 100 grader.
Magnetiska legeringar
Dessa legeringar används ofta inom elektroteknik. De används för att göra permanentmagneter, transformatorkärnor,elektriska mätinstrument, elektromagneter. Människor har länge vetat att järn är magnetiskt, och som ett resultat har det många användningsområden.
Långt senare upptäcktes det att samma egenskap är inneboende i nickel och vissa andra metaller. Produkter tillverkade av en magnetisk legering av järn och nickel har också förmågan att upprätthålla sitt eget magnetfält när det yttre inte längre finns. Dessutom kan detta personliga fält återigen påverka andra magnetiska kroppar.
Nickel, kobolt och deras legeringar
Kobolt och nickel är delar av järnundergruppen. Alla tre element har liknande egenskaper, men det finns också betydande skillnader. Båda metallerna är tätare än järn och mycket hårdare och starkare än järn. De är mindre aktiva i kemiska termer, skiljer sig i korrosionsbeständighet. Dessutom värderas metaller för sin större motståndskraft mot gaskorrosion.
Nackdelarna med kobolt och nickel är deras höga toxicitet och betydande kostnad i förhållande till järn. De finner sin tillämpning för den rostskyddande yttre beläggningen av produkter gjorda av kolstål och järn genom elektrokemiska reaktioner. Och de används också för tillverkning av komponenter och delar som kräver ökad styrka och hårdhet. Den speciella betydelsen av järn-, nickel- och koboltlegeringar, som kallas koinvar, invar, supermalloy, permalloy och malloy, bör noteras. Deras främsta fördel ligger i det högamagnetiska egenskaper. Dessa legeringar används för att producera magnetiska kretsar för olika elektromagnetiska enheter.
Alloy Kovar
Blandningen består av metaller med utmärkta mekaniska egenskaper. De är lätta att bearbeta, de utsätts lätt för rullning, broschning, smide och stämpling. Och legeringen av kobolt, nickel och järn kallas annars kovar. En väl vald kombination av kemiska element ger materialet utmärkta egenskaper. Denna legering har god värmeledningsförmåga, en hög elektrisk resistivitetskoefficient och linjära expansionsindex nära noll över ett brett temperaturområde. Den enda nackdelen är den låga korrosionsbeständigheten i våta miljöer, så skyddande beläggningar av silver används ofta. Kovar används ofta inom industrin för tillverkning av:
- rör, band och ledningar;
- kondensatorer;
- fodral med utrustning i instrumentering;
- detaljer i radioelektronik;
- fall inom elektrovakuumindustrin.
Legeringen innehåller dyr kobolt och nickel, vilket ökar kostnaderna för materialet, men bra prestanda och lång livslängd täcker den initiala investeringen.
Alni-legeringar
Alni är gruppnamnet för magnetiska legeringar av järn-nickel-aluminium. Med en ökning av koncentrationen av aluminium och nickel inom vissa gränser minskar restinduktionen, och tvångskraften ökar. De vanligaste legeringarna där aluminium från 11 till18% och nickel - 20-34%. Huvudegenskaperna hos sådana legeringar är elektrisk ledningsförmåga, värmeledningsförmåga och duktilitet. Alla kännetecknas av bra svetsning.
För att använda legeringar vid tillverkning av magneter är de legerade med kobolt och koppar. I detta fall får materialet hårdhet och sprödhet och har en grovkornig struktur. Alni-legeringar används som konstruktionsmaterial för delar av gasturbiner och jetmotorer som arbetar vid höga temperaturer på mer än 1000 grader Celsius under lång tid, vilket håller metallen utan skador.
Slutsats
Alla metaller som används mycket i modern industri är legeringar. Till exempel används nästan allt järn som produceras i världen för att producera järn och stål. Detta kan förklaras av att legeringar kännetecknas av bättre egenskaper än de metaller som de erhålls från. Det bör noteras att de legeringar som produceras av industrin har gemensamma egenskaper för dem: styrka, hårdhet, elasticitet och plasticitet. Och järn-nickel har också magnetiska egenskaper, som förstärks under tillverkningen med hjälp av ytterligare legering.
