Η μεταλλουργική βιομηχανία παίζει σημαντικό ρόλο στη ζωή όλων, γιατί καθημερινά πρέπει να ασχολείσαι με διάφορα μεταλλικά προϊόντα. Και είναι κατασκευασμένα από διάφορα κράματα, τα οποία λαμβάνονται μέσω της τήξης. Στην παραγωγή αυτών των υλικών, χρησιμοποιούνται τουλάχιστον δύο μέταλλα και χρησιμοποιούνται ειδικά πρόσθετα για τη βελτίωση των ιδιοτήτων. Αυτό το άρθρο θα εξετάσει αρκετά κράματα σιδήρου-νικελίου, τις ιδιότητες και τις εφαρμογές τους.
Σχετικά με τις ιδιότητες του σιδήρου
Ο καθαρός σίδηρος έχει ασημί-γκρι χρώμα και είναι ελατός και ελατός. Τα εγγενή πλινθώματα που βρίσκονται στη φύση έχουν έντονη μεταλλική λάμψη και σημαντική σκληρότητα. Στο ύψος και την ηλεκτρική αγωγιμότητα του υλικού, μεταφέρει εύκολα ρεύμα με τη βοήθεια ελεύθερων ηλεκτρονίων. Το μέταλλο έχει μέση ανθεκτικότητα, μαλακώνει σε θερμοκρασία +1539 βαθμών Κελσίου και χάνει τις σιδηρομαγνητικές του ιδιότητες. Είναι ένα χημικά ενεργό στοιχείο. Σε κανονικές θερμοκρασίες, αντιδρά εύκολα και όταν θερμαίνεται, αυτές οι ιδιότητες ενισχύονται. Στον αέρα, καλύπτεται με μια μεμβράνη οξειδίου, η οποία εμποδίζει τη συνέχιση της αντίδρασης. Όταν εκτίθεται σε υγρό περιβάλλονεμφανίζεται σκουριά, η οποία δεν εμποδίζει πλέον τη διάβρωση. Όμως, παρόλα αυτά, ο σίδηρος και τα κράματά του χρησιμοποιούνται ευρέως.
Λίγη ιστορία
Το
Invar είναι ένα κράμα σιδήρου και νικελίου, το οποίο περιλαμβάνει 36% πρόσθετο κράματος. Ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά στη Γαλλία το 1896 από τον φυσικό Charles Guillaume. Εκείνη την εποχή, εργαζόταν στην αναζήτηση ενός φθηνού μετάλλου για πρότυπα μέτρα μάζας και μήκους, τα οποία ήταν κατασκευασμένα από ένα πολύ ακριβό κράμα πλατίνας-ιριδίου. Χάρη σε αυτή την ανακάλυψη, ο επιστήμονας έλαβε το Νόμπελ Φυσικής το 1920.
Η λέξη "invar" στα λατινικά σημαίνει αμετάβλητος. Αυτό σημαίνει ότι ο συντελεστής θερμικής διαστολής ενός κράματος σιδήρου-νικελίου παραμένει σταθερός σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών - από -80 έως 100 βαθμούς Κελσίου. Αυτό το κράμα έχει πολλά άλλα ονόματα: nilvar, vakodyl, nilo-κράμα, radiometal. Το Invar είναι εμπορικό σήμα της Imphy Alloys Inc., η οποία ανήκει στον όμιλο χάλυβα Arcelor Mittal.
κράμα σιδήρου-νικελίου
Για τη βελτίωση των ιδιοτήτων του σιδήρου, χρησιμοποιώντας διάφορα πρόσθετα, λαμβάνονται κράματα. Οι επιστήμονες πίστευαν ότι δεν θα ήταν δύσκολο να αποκτήσουν ένα κράμα σιδήρου-νικελίου, λαμβάνοντας υπόψη τις θερμοδυναμικές ιδιότητες των μετάλλων. Στην πράξη όμως αντιμετώπισαν προβλήματα. Κατά την αλληλεπίδραση μετάλλων, κατά την παραγωγή ενός κράματος σιδήρου με νικέλιο, ως αποτέλεσμα μιας διαδικασίας πλευρικής οξείδωσης, ο σίδηρος από τη δισθενή κατάσταση περνά στην τρισθενή κατάσταση.
Σαν αποτέλεσμα, η απόδοση του κράματος μειώνεται και ορισμένες φυσικές ιδιότητες επιδεινώνονται. Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, στον ηλεκτρολύτη προστίθενται αμίνες και οργανικά οξέα, τα οποία σχηματίζουν ενώσεις χαμηλής διαλυτότητας με τον σίδηρο σιδήρου. Από αυτή την άποψη, η ελαστικότητα του ιζήματος γίνεται καλύτερη και για την ομοιόμορφη κατανομή του, οι ηλεκτρολύτες αναμειγνύονται. Το κράμα σιδήρου και νικελίου που προκύπτει ονομάζεται invar.
Χρήση κράματος Invar
Ο ασήμαντος συντελεστής θερμικής διαστολής επιτρέπει τη χρήση του για παραγωγή:
- εξαρτήματα οργάνου;
- ταινία και σύρμα για γεωδαιτικές εργασίες;
- Δομές στήριξης λέιζερ;
- τμήματα κινήσεων ρολογιού, εκκρεμές χρονομέτρου;
- προϊόντα έλασης: ράβδος και φύλλο θερμής έλασης, λωρίδες ψυχρής έλασης, σωλήνες χωρίς ραφή, σφυρήλατες ράβδοι.
Για να αυξηθεί η αντοχή, πραγματοποιείται ψυχρή πλαστική παραμόρφωση του κράματος σιδήρου-νικελίου και στη συνέχεια εκτελείται θερμική επεξεργασία σε χαμηλή θερμοκρασία. Για μεγαλύτερη αντοχή στη διάβρωση υπό κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες, η επιφάνειά του γυαλίζεται και εφαρμόζεται προστατευτικό στρώμα εάν το προϊόν προορίζεται για χρήση σε επιθετικά περιβάλλοντα. Οι αντιδιαβρωτικές ιδιότητες του Invar θα αυξηθούν επίσης όταν προστεθεί περίπου 12% χρώμιο στη σύνθεσή του, ενώ διατηρεί σταθερή ελαστικότητα όταν θερμαίνεται στους 100 βαθμούς.
Μαγνητικά κράματα
Αυτά τα κράματα χρησιμοποιούνται ευρέως στην ηλεκτρική μηχανική. Χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μόνιμων μαγνητών, πυρήνων μετασχηματιστών,ηλεκτρικά όργανα μέτρησης, ηλεκτρομαγνήτες. Οι άνθρωποι γνώριζαν από καιρό ότι ο σίδηρος είναι μαγνητικός και ως εκ τούτου έχει πολλές χρήσεις.
Πολύ αργότερα ανακαλύφθηκε ότι η ίδια ιδιότητα είναι εγγενής στο νικέλιο και σε ορισμένα άλλα μέταλλα. Τα προϊόντα που κατασκευάζονται από ένα μαγνητικό κράμα σιδήρου και νικελίου έχουν επίσης την ικανότητα να διατηρούν το δικό τους μαγνητικό πεδίο όταν το εξωτερικό δεν υπάρχει πλέον. Επιπλέον, αυτό το προσωπικό πεδίο είναι και πάλι ικανό να επηρεάσει άλλα μαγνητικά σώματα.
Νικέλιο, κοβάλτιο και τα κράματά τους
Το κοβάλτιο και το νικέλιο είναι στοιχεία της υποομάδας του σιδήρου. Και τα τρία στοιχεία έχουν παρόμοιες ιδιότητες, αλλά υπάρχουν και σημαντικές διαφορές. Και τα δύο μέταλλα είναι πιο πυκνά από τον σίδηρο και πολύ πιο σκληρά και ισχυρότερα από τον σίδηρο. Είναι λιγότερο ενεργά από χημική άποψη, διαφέρουν ως προς την αντοχή στη διάβρωση. Επιπλέον, τα μέταλλα αποτιμώνται για τη μεγαλύτερη αντοχή τους στη διάβρωση αερίου.
Τα μειονεκτήματα του κοβαλτίου και του νικελίου είναι η υψηλή τοξικότητά τους και το σημαντικό κόστος σε σχέση με το σίδηρο. Βρίσκουν την εφαρμογή τους για την αντιδιαβρωτική εξωτερική επίστρωση προϊόντων από ανθρακούχο χάλυβα και σίδηρο με ηλεκτροχημικές αντιδράσεις. Και επίσης χρησιμοποιούνται για την κατασκευή εξαρτημάτων και εξαρτημάτων που απαιτούν ενισχυμένη αντοχή και σκληρότητα. Πρέπει να σημειωθεί η ιδιαίτερη σημασία των κραμάτων σιδήρου, νικελίου και κοβαλτίου, τα οποία ονομάζονται koinvar, invar, supermalloy, permalloy και malloy. Το κύριο πλεονέκτημά τους βρίσκεται στο υψηλόμαγνητικές ιδιότητες. Αυτά τα κράματα χρησιμοποιούνται για την παραγωγή μαγνητικών κυκλωμάτων για διάφορες ηλεκτρομαγνητικές συσκευές.
Alloy Kovar
Το μείγμα αποτελείται από μέταλλα με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες. Είναι εύκολο να επεξεργαστούν, υποβάλλονται εύκολα σε κύλιση, διάτρηση, σφυρηλάτηση και σφράγιση. Και το κράμα κοβαλτίου, νικελίου και σιδήρου ονομάζεται αλλιώς kovar. Ένας καλά επιλεγμένος συνδυασμός χημικών στοιχείων παρέχει στο υλικό εξαιρετικά χαρακτηριστικά. Αυτό το κράμα έχει καλή θερμική αγωγιμότητα, υψηλό συντελεστή ηλεκτρικής αντίστασης και δείκτες γραμμικής διαστολής κοντά στο μηδέν σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. Το μόνο μειονέκτημα είναι η χαμηλή αντοχή στη διάβρωση σε υγρά περιβάλλοντα, επομένως χρησιμοποιούνται συχνά προστατευτικές επιστρώσεις αργύρου. Το Kovar χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία για την παραγωγή:
- σωλήνες, ταινίες και σύρματα;
- πυκνωτές;
- θήκες εξοπλισμού σε όργανα;
- λεπτομέρειες στα ραδιοηλεκτρονικά;
- περιπτώσεις στη βιομηχανία ηλεκτροκενού.
Το κράμα περιέχει ακριβό κοβάλτιο και νικέλιο, γεγονός που αυξάνει το κόστος του υλικού, αλλά η καλή απόδοση και η μεγάλη διάρκεια ζωής καλύπτουν την αρχική επένδυση.
κράματα Alni
Alni είναι το όνομα της ομάδας για τα μαγνητικά κράματα σιδήρου-νικελίου-αλουμινίου. Με την αύξηση της συγκέντρωσης αλουμινίου και νικελίου εντός ορισμένων ορίων, η υπολειπόμενη επαγωγή μειώνεται και η δύναμη καταναγκασμού αυξάνεται. Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα κράματα στα οποία αλουμίνιο από 11 έως18%, και νικέλιο - 20-34%. Οι κύριες ιδιότητες τέτοιων κραμάτων είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα, η θερμική αγωγιμότητα και η ολκιμότητα. Όλα τους χαρακτηρίζονται από καλή συγκόλληση.
Για να χρησιμοποιηθούν κράματα στην κατασκευή μαγνητών, είναι κράματα με κοβάλτιο και χαλκό. Σε αυτή την περίπτωση, το υλικό αποκτά σκληρότητα και ευθραυστότητα και έχει χονδρόκοκκη δομή. Τα κράματα Alni χρησιμοποιούνται ως δομικό υλικό για μέρη αεριοστροβίλων και κινητήρων αεριωθουμένων που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες άνω των 1000 βαθμών Κελσίου για μεγάλο χρονικό διάστημα, διατηρώντας το μέταλλο χωρίς φθορές.
Συμπέρασμα
Όλα τα μέταλλα που χρησιμοποιούνται σε μεγάλο βαθμό στη σύγχρονη βιομηχανία είναι κράματα. Για παράδειγμα, σχεδόν όλος ο σίδηρος που παράγεται στον κόσμο χρησιμοποιείται για την παραγωγή σιδήρου και χάλυβα. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι τα κράματα χαρακτηρίζονται από καλύτερες ιδιότητες από τα μέταλλα από τα οποία προέρχονται. Πρέπει να σημειωθεί ότι τα κράματα που παράγονται από τη βιομηχανία έχουν κοινές ιδιότητες για αυτά: αντοχή, σκληρότητα, ελαστικότητα και πλαστικότητα. Και οι σιδήρου-νικελίου έχουν επίσης μαγνητικές ιδιότητες, οι οποίες ενισχύονται κατά την παραγωγή με τη βοήθεια πρόσθετου κράματος.
