6. СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ ТЕПЛОВЫМИ И УПРУГИМИ СВОЙСТВАМИ

6.1.Прецизионные сплавы с особыми свойствами теплового расширения

Температурный коэффициент линейного расширения (ТКР) показывает характер зависимости линейных размеров образца из данного материала от температуры αl =1/ l dl / dT , К-1. Металлические материалы при нагреве расширяются, т.е. их αl имеет положительное значение. В приборостроении широко используются сплавы с особыми свойствами теплового расширения на основе системы Fe-Ni. Они имеют структуру твердого раствора с ГЦК решеткой и сложную зависимость ТКР от содержания никеля (рис. 60). Низкие значения ТКР соответствуют содержанию Ni = 29…48%. Такие сплавы называют инварными, а низкие значения температурного коэффициента линейного расширения в них объясняются ферромагнитной природой (п. 5.4, рис. 45).

Рис. 60. Зависимость коэффициента линейного расширения αl от содержания Ni в Fe-Ni сплавах

182

Для сплавов инварного типа коэффициент линейного расширения складывается из двух составляющих:

где αl - температурный коэффициент линейного расширения инварного сплава; α0 - коэффициент линейного расширения, обусловленный тепловыми колебаниями атомов кристаллической решетки; αМ - магнитная составляющая ТКР, вызванная объемной магнитострикцией доменов.

При температурах ниже точки Кюри значения αо и αм соизмери-

мы:

α0 ≈ (10…15).10-6, ˚С-1; αМ ≈ (5…10).10-6, °С-1.

Их разность равна ТКР инварного сплава. При изменении температуры влияние α0 и αМ на линейный размер детали взаимно противоположно.

Длину детали из инварного сплава можно определить по формуле

l = l0 + l ,

где l0 - составляющая линейного размера, обусловленная тепловыми колебаниями атомов; l - составляющая линейного размера, обусловленная магнитострикционной деформацией парапроцесса ферромагнетика.

При нагреве детали из инварного сплава в области температур ниже Тк, увеличение ее длины за счет теплового расширения компенсируется уменьшением линейного размера из-за снижения спонтанной намагниченности и магнитострикционной деформации доменов. В результате размер детали остается практически постоянным или незначительно возрастает.

183