Это обеспечивает герметичность спая при нагреве и охлаждении в процессе изготовления и эксплуатации. Кроме того, к сплавам предъявляются требования повышенной пластичности и обрабатываемости давлением.
Таблица 30
Сплавы с особыми свойствами теплового расширения
|
Марка |
|
|
Состав, % |
|
|
αl.106, °С-1 |
Траб, °С |
|
|
Ni |
|
Co |
|
Cu |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
С минимальным ТКР |
|
|||||
|
36Н |
36 |
|
- |
|
- |
|
1,5 |
-60…+100 |
|
32НКД |
32 |
|
4 |
|
0,7 |
|
1,0 |
-60…+100 |
|
39Н |
39 |
|
- |
|
<0,2 |
|
4,0 |
-258…+20 |
|
|
|
|
С заданным ТКР |
|
|
|||
|
29НК |
29 |
|
17,5 |
|
- |
|
4,5…6,5 |
-70…+420 |
|
ЗЗНК |
33 |
|
17 |
|
- |
|
6…12 |
-70…+500 |
|
47НД |
47 |
|
- |
|
5 |
|
8…11 |
-70…+460 |
Основной представитель этой группы - сплав 29НК (ковар) имеет такой же ТКР, как термостойкое стекло, вольфрам и молибден. Его применяют для спаев с этими материалами. Замена части никеля кобальтом повышает точку Кюри сплава и расширяет область применения до 420°С, что соответствует температуре размягчения термостойкого стекла.
Для пайки с керамикой применяют сплав ЗЗНК, являющийся аналогом ковара, но с повышенным содержанием никеля.
Сплав 47НД (платинит) применяют в электровакуумной промышленности для пайки с платиной, слюдой и нетермостойкими стеклами.
Все эти сплавы подвергают термообработке, состоящей из двойного отжига (1 - 800°С в вакууме, 2 - 1100°С в среде водорода) с охлаждением в печи.
6.2. Сплавы с особыми упругими свойствами
Сплавы с особыми упругими свойствами широко применяются в приборостроении для изготовления упругих элементов приборов: мембран, диафрагм, датчиков давления, трубок Бурдона, пружин,
186
растяжек и подвесок (заменяют опоры в высокочувствительных приборах) и др.
Эти материалы должны иметь:
•высокий предел упругости (близкий к пределу прочности);
•высокий предел выносливости;
•высокое отношение предела упругости к модулю упругости σупр/Е.
Кроме того, к ним предъявляют ряд дополнительных требований: высокая коррозионная стойкость, немагнитность, высокая электропроводность, низкое значение термо-ЭДС в паре с медью.
Упругий элемент оценивают характеристикой - зависи-
мость перемещения элемента от величины нагрузки. Наклон характеристики зависит от модуля упругости материала и геометрии упругого элемента.
На рис. 62 показаны характеристики двух упругих элементов. При одинаковой деформации для первого элемента требуется меньшая нагрузка, что вызывает меньшие неупругие эффекты. При одинаковой нагрузке упругое перемещение первого элемента больше. Это значит, что чувствительность первого элемента выше и меньше относительная ошибка измерения.
Рис. 62 Характеристики 2-х упругих элементов
187
Чем выше предел упругости материала, тем меньше неупругие эффекты при рабочих нагрузках и выше класс точности прибора. К неупругим эффектам относятся упругое последействие, релаксация, гистерезис и внутреннее трение.
Упругое последействие проявляется в отставании упругой деформации от напряжения. После снятия нагрузки деформация упругого элемента не сразу исчезает до нуля.
Релаксация заключается в уменьшении напряжений в упругом элементе под нагрузкой. После снятия нагрузки упругий элемент сохранит остаточную деформацию и показание прибора не исчезнет до нуля.
Гистерезис проявляется в несовпадении кривой деформирования при нагрузке и разгрузке (петля гистерезиса). Не совпадают и показания прибора, связанного с упругим элементом.
Перечисленные неупругие эффекты являются результатом неоднородности структуры реальных поликристаллов, вследствие чего в отдельных микрообъемах поликристаллов наряду с упругой появляется пластическая деформация.
Внутреннее трение проявляется при циклической нагрузке и заключается в необратимой потере энергии за счет теплообмена с окружающей средой, движения дислокаций, вихревых токов и магнитострикционного эффекта.
Для элементов ответственного назначения широко используется бериллиевая бронза Бр Б2 (2%Ве, Cu - ост.). Это объясняется тем, что бериллиевая бронза наряду с высокими значениями предела упругости обладает высокой коррозионной стойкостью, высокой электропроводностью, немагнитностью и ценными технологическими свойствами (штампуемость, свариваемость и т.д.).
Учитывая, что модуль упругости у бронзы почти в 2 раза меньше, чем у стали, то из закона Гука ( σ = E ε) следует, что при одной и той же упругой деформации действующие напряжения в упругих элементах из бронзы будут значительно меньше. Поэтому будут меньше и неупругие эффекты.
Термообработка Бр Б2 состоит из закалки в воде с Т = 770… 780°С с последующим старением при 350…370°С. После закалки получают пересыщенный α-твердый раствор, из которого при последующем старении в объеме зерен выделяется в мелкодисперс-
188
ном виде мартенситоподобная γ’-фаза, что способствует значительному упрочнению сплава: σв = 1600 МПа, σ0,005 = 1200 МПа, Е = 1,4.104 МПа и ρ = 0,07 мкОм·м. Максимально допустимая рабо-
чая температура Траб = 350°С.
Один из эффективных путей повышения свойств бронзы - микролегирование магнием, который является одним из наиболее поверхностно активных компонентов бериллиевых бронз. Так, введение 0,1% Mg приводит к увеличению предела упругости на 15%. Возрастает также предел выносливости, уменьшаются неупругие эффекты. Улучшение прочностных свойств бериллиевых бронз при микролегировании магнием объясняется увеличением степени дисперсности и однородности выделений при старении.
Значительное повышение статической и усталостной прочности можно достигнуть путем термомеханической обработки (ТМО) с пластической деформацией ε = 50…75%, обеспечивающей получение мелкого зерна. Так, например, ленты малой толщины ∆ = 20… 40 мкм, применяемые для изготовления растяжек электроизмерительных приборов, подвергнутые значительным степеням обжатия, после старения имеют исключительно высокие прочностные свойст-
ва: σв = 1800 МПа, σ0,002 = 1400 МПа.
Кроме бериллиевых бронз для растяжек и подвесок в контроль- но-измерительных приборах используются оловянно-цинковая бронза и платино-серебряный сплав. Их свойства таковы:
•БрОЦ4-3(4%Sn, 3%Zn, Cu - ост.): σв = 1150 МПа, σ0,002 = 800 МПа, ρ = 0,09 мкОм·м, Траб = 250°С.
• ПлСр20 (80%Pt, 20%Ag): σв = 2000 МПа, σ0,002 = 1600 МПа,
ρ = 1,0 мкОм·м, Траб = 800°С.
•Сплав 36НХТЮ (36%Ni, 12%Cr, 3%Ti, 1%Al, Fe - основа) после термической обработки имеет σ0,002 = 1100 МПа.
Вопросы для самоконтроля
1. Как объяснить стабильность линейных размеров ферромагнетика из инварного сплава при нагреве ниже Тк?
2.Какая термообработка проводится для инварного сплава 36Н
ис какой целью?
189
3.Для чего применяются сплавы с заданным ТКР?
4.Какие неупругие эффекты проявляются при работе упругих элементов и в чем их суть?
5.Какие материалы применяются для упругих элементов приборов?
6.Как повысить упругие характеристики бериллиевой бронзы
БрБ2?
190