Глава XXIII. СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ ТЕПЛОВЫМИ И УПРУГИМИ СВОЙСТВАМИ

1. Закономерности теплового расширения металлов и сплавов. Сплавы с заданным значением теплового расширения

В приборостроении в ряде случаев требуются сплавы с самыми разнообразными свойствами, например сплавы с коэффициентом линейного расширения, равным коэффициенту линейного расширения стекла, или с коэффициентом, равным нулю, а также с весьма большим коэффициентом и т. д. Чтобы удовлетворить этим требованиям, для каждого конкретного случая применения изготавливают сплавы строго определенного состава. Их, как и магнитные и электротехнические сплавы, называют часто прецизионными сплавами.

Такое название обусловлено тем, что состав этих сплавов должен быть точным; колебание в содержании легирующих элементов весьма небольшое, так как этим обеспечивается получение оптимальных свойств. Изготавливают прецизионные сплавы (кроме трансформаторного металла) в весьма малых количествах способами, похожими на изготовление сплава лабораторными методами.

Зависимость расширения металла от температуры нагрева носит криволинейный характер (рис. 378).

Рис. 378. Кривая расширения сплавов при повышении температуры

Рис. 379. Коэффициент линейного расширения сплавов

Коэффициент линейного расширения а возрастает с повышением температуры если

Значения коэффициентов линейного расширения для некоторых металлов при разных температурах приведены в табл. 90.

Таблица 90. (см. скан) Коэффициент линейного расширения некоторых металлов

Введение в металл второго компонента вызывает изменение коэффициента линейного расширения, при этом: а) если оба компонента образуют механическую смесь, то коэффициент линейного расширения изменяется аддитивно; б) если компоненты образуют твердый раствор, то коэффициент линейного расширения изменяется по криволинейной зависимости, но внутри пределов, ограниченных значениями коэффициентов линейного расширения чистых компонентов.

Существуют, однако, две анормальные системы и в которых изменение коэффициента линейного расширения сплавов не подчиняется общим правилам. У железоникелевых сплавов коэффициент линейного расширения при

добавлении никеля изменяется по слжноой зависимости (рис. 379). Из этой диаграммы видно, что у железа Сплав с имеет почти в два раза больший коэффициент линейного расширения Сплав с имеет в восемь раз меньший коэффициент линейного расширения

Легируя железо разным количеством никеля, можно получить сплавы с различными коэффициентами линейного расширения.

Сплав с называется инваром (неизменный), и его можно считать практически нерасширяющимся. Этот сплав применяют во многих приборах для деталей, размеры которых не должны изменяться с изменением температуры.

Рис. 380 Коэффициент линейного расширения сплавов различных температурах и содержании никеля

Следует иметь в виду, что малый коэффициент линейного расширения инвара сохраняется лишь в интервале от —80 до выше и ниже этого интервала коэффициент расширения инвара резко возрастает.

Сплав с отличается тем, что имеет постоянный коэффициент линейного расширения (около ) в интервале от 20 до вне этого интервала температур его коэффициент возрастает, т. е. сплав расширяется более интенсивно (рис. 380). Другими словами, для сплавов системы существует интервал температур, в пределах которого коэффициент линейного расширения остается постоянным. Верхняя температура этого интервала тем выше, чем больше в сплаве содержание никеля (рис. 380).

В табл. 91 приведен химический состав и коэффициенты теплового расширения для различных инварных сплавов.

Из приведенных в табл. 91 сплавов наибольшее применение получил сплав

Для инвара характерна некоторая нестабильность размеров во времени: вначале, после изготовления детали, ее размеры уменьшаются, а потом растут.

Таблица 91. (см. скан) Состав и тепловые свойства инварных сплавов

Стабилизация размеров изделий достигается термической обработкой, снимающей остаточные напряжения, так как указанная размерная нестабильность есть результат релаксации этих напряжений, полученных при предыдущих обработках.

В результате замены части никеля кобальтом получается сплав, так называемый суперинвар с еще меньшим коэффициентом теплового расширения, чем простой инвар.

Комбинируя содержание никеля и кобальта, получают коварь — сплавы, содержащие Со. У таких сплавов коэффициенты линейного расширения различны. Они предназначены для спайки с молибденовыми стеклами, каждая марка которого имеет разный коэффициент линейного расширения.

Сплав с имеет коэффициент линейного расширения, равный т. е. такой же, как у обычного стекла и платины (см. табл. 90). Этот сплав получил название платинита и его применяют для пайки металла со стеклом.