Тема 16. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами

16.1. Сплавы, с заданными температурным коэффициентом

линейного расширения.

Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения широко применяю в машиностроении и приборостроении. Наиболее распространены сплав Fe-Ni , у которых коэффициент линейного расширения  при температурах от -100 до 1000С с уве-личение содержания никеля до 36 % резко уменьшается, а при более низком содержании ни-келя вновь возрастает. При температуре 600-7000С такого явления не наблюдается и коэф-фициент линейного расширения  в зависимости от состава изменяется плавно, что объясня-ется переходом сплавов в парамагнитное состояние. Таким образом, низкое значение тем-пературного коэффициента связанно с влиянием ферромагнитных эффектов. Такой сплав широко используется в технике, где необходимо постоянство размеров в широком интервале температур. Этот сплав (36Н), получивший название инвар, имеет минимальное значение коэффициента линейного расширения в системе железо - никель  = 1,5 10-6 0С-1. Для ва-куумных впаев в молибденовые стекла применяют сплав 29НК называемый ковар с коэф-фициентом линейного расширения  == (4,6-5,5)10-6 0С-1. Для изготовления деталей, спаи-ваемых со стеклом (например в телевизионных кинескопах) имеющий   8,7 10-6 0С-1 применяют более дешевые ферритные железо-хромистые сплавы 18ХТФ и 18ХМТФ. Эти сплавы имеют одинаковые свойства, но сплав 18ХТФ дешевле, так как он не содержит мо-либдена.

16.2. Сплавы с эффектом "памяти формы"

При напряжении выше предела упругости после снятия нагрузки металл не воспроиз-водит первоначальные размеры и форму. Сравнительно недавно были открыты сплавы, об-ладающие эффектом "памяти формы". Эти сплав после пластической деформации восста-навливают свою первоначальную геометрическую форму или в результате нагрева (эффект "памяти формы" ) или непосредственно после снятия нагрузок (сверхупругость). Так если проволоку закрутить в спираль при высокой температуре и выпрямит при низкой темпера-туре, то при в повторном нагреве проволока вновь самопроизвольно закручивается в спи-раль.

Термоупругое мартенситное превращение (эффект Кудюмова) сопровождается изме-нением объема, которое носит обратный характер, обеспечивая память. В сплавах с эффек-том "памяти формы" при охлаждении происходит рост термоупругих кристаллов мартенси-та, а при нагреве их уменьшение или исчезновение. Эффект "памяти формы" наиболее хоро-шо проявляется, когда мартенситное превращение происходит при низких температурах и в узком интервале температур, иногда порядка нескольких градусов.

В настоящее время известно большое число двойных и более сложных сплавов обла-дающие в разной степени эффектом "памяти формы": Ni-Al, Ni-Co, Ni-Ti, Ti-Nb, Fe-Ni, Cu-Al, Cu-Al-Ni и другие. Наиболее широко применяют сплав на основе мононикелида титана, NiTi, получившее название нитинол Эффект "памяти формы" в соединении NiTi может по-вторяться в течении многих тысяч циклов. Нитинол обладает высокой прочностью, пластич-ностью, коррозионной и кавитационной стойкостью и демпфирующей способностью. Он широко используется в космической промышленности (антенны спутников земли), в прибо-ростроении (автоматических прерывателях тока, запоминающих устройствах). Для изготов-ления деталей машин и вычислительной техники, в температурно-чувствительных датчиках.