4.3.3 Залізонікелеві сплави

Для виготовлення виробів кріогенних устаткувань, розміри яких не повинні змінюватися із зміною температури, використовують інвари – сплави заліза із нікелем. Наприклад, інвар 36Н має коефіцієнта лінійного розширення при температурах 50…100 К в 10…20 разів менший, ніж у нікелевих та хромонікелевих сталей, а також алюмінієвих сплавів. З інварів виготовляють жорсткозакріплені трубопроводи складної форми, що працюють при температурах до 20 К, деякі елементи арматури [6].

4.3.4 Сплави кольорових металів для кріогенної техніки

4.3.4.1 Алюміній та його сплави

Здатність алюмінію та його сплавів зберігати пластичність майже до кріогенних температур спричиняє їх широке використання при виготовленні низькотемпературного обладнання. Застосування алюмінієвих сплавів для роботи при низьких температурах обумовлено кристалічною будовою алюмінію: він має ГЦК гратку та не має поліморфних перетворень [6].

Оскільки алюміній та його сплави не мають порогу холодноламкості, вони залишаються в’язкими при температурах −253…−269 °С. При охолодженні в цих матеріалах підвищується _В на 35…60 %, _0,2 − на 15…25 %, а ударна в’язкість монотонно знижується до 20…50 Дж/м². В’язкість руйнування К_ІС практично не зменшується, а це означає, що алюмінієві сплави при охолодженні є менш чутливими до надрізів, ніж при 25 °С. Через високе теплове розширення (значну теплопровідність) алюмінію при жорсткому закріпленні елементів конструкцій, в них обов’язково з’являються значні термічні напруження. Для їх зменшення використовують компенсатори деформації або окремі частини конструкції (наприклад, горловини кріостатів) виготовляють з матеріалів з меншою теплопровідністю, наприклад, з аустенітних сталей або пластмас [5].

Технічний алюміній широко використовують для виготовлення малонавантажених елементів конструкцій: насадки регенераторів, паяні теплообмінники апаратів повітряроздільних установок та ін. [6].

В табл. 4.25 приведені механічні властивості відпаленого алюмінію АД1. Термічна обробка технічного алюмінію полягає в відпаленні при 350…400 °С із охолодженням на повітрі. Технічний алюміній добре зварюється [5].

Алюмінієві сплави використовують для виготовлення ємностей та трубопроводів для зберігання й транспортування рідинних газів: природного газу, кисню, азоту, водню та гелію, а також як матеріал для ректифікаційних колон та трубних систем. При температурах нижче 120 К частка використання алюмінієвих сплавів, головним чином у вигляді гарячекатаного листа, складає близько 30 % об’єму усього металу, що застосовується [6].

Таблиця 4.25 – Механічні властивості відпаленого алюмінію АД1 [7]

t, °С	В,МПа	0,2,МПа	δ, %	ψ, %	КСU, Дж/см2
20 −196 −253	70 160 250	30 40 50	36 50 40	89 60 50	90 160 200

В техніці низьких температур використовують деформівні та ливарні алюмінієві сплави.

Найбільше застосування в техніці низьких температур знайшли сплави алюмінію з магнієм – магналії (АМг2, АМг5, АМг6 та ін.), завдяки вдалому поєднанню в них міцності, пластичності, зварюваності, корозійної стійкості. Використовують термічно незміцнені сплави, що містять не більше 7 % Mg.

Також використовують термічнозміцнені алюмінієві сплави, що леговані міддю, магнієм, марганцем та іншими елементами (Д16, АК6, АК8, 1201 та ін.). Оптимальних механічних властивостей ці сплави набувають після термічної обробки, що складається з гарту у воді від температури близько 500°С та подальшого природного або штучного старіння за рахунок дисперсійного виділення інтерметалідних фаз. Міцність зміцнених алюмінієвих сплавів близька до міцності аустенітних сталей, й тому в багатьох випадках ці сплави можуть розглядатися як їх повноцінні замінники. Але недоліком алюмінієвих сплавів є схильність до корозії під напруженням, а також знеміцнення в зоні зварного шва.

Механічні властивості при різних температурах деяких деформівних алюмінієвих сплавів приведені в табл. 4.26.

Таблиця 4.26 – Механічні властивості алюмінієвих сплавів [6]

Марка сплаву	Твипр, К	В, МПа	0,2, МПа	δ, %
АМг5	293 77 20	300 420 520	130 160 170	23 44 33
Д16*	293 77 20	470 560 660	300 380 450	19 27 16
Д20*	293 77 20	400 510 660	280 380 420	15 15 16
1201**(Д20-1)	293 77 20	440 550 650	350 400 450	18 10 12
АК6*	293 77	410 500	300 380	15 18
АК8*	293 77 20	450 530 550	310 410 360	13 13 18
1915*	293 77 20	340 370 470	200 240 290	15 16 24

Примітка. 1. *Властивості після гарту та старіння

2. **Властивості після гарту та природного старіння