Никелевые и медноникелевые сплавы

Содержание серы,% (атомн) то О го 30 ча so

(looa

I да

Цеаа $

wo гоо

SQo/o Ni и 20o/o Сг с добавкой редких элементов. Сплав этот особенно хорош тем, что долговечен, но сложен в производстве, так как требует специальных методов плавки и обработки. В Советском Союзе широкое распространение получил также нихром, содержащий железо (15о/о Сг, 16п/о Fe, 2 /о Мп, остальное - никель), ферронихром, являющийся более простым в изготовлении, но менее долговечным.

Сплав с пониженным содержанием хрома - хромель, содержащий 9-Ю/о Сг и остальное - никель, менее жаростоек, но

отличается высоким электросопротивлением, малым температурным коэффициентом электросопротивления и вполне благоприятной т. э. д. с, поэтому широко применяется для изготовления термопар.

С е р а в никелевых и медноникелевых сплавах является вредной примесью.

Диаграмма состояния системы никель - сера показана на рис. 304. Сера с никелем образует ряд химических соединений и эвтектику, плавящуюся при температуре 644°. Сернистый никель незначительно растворим в никеле в твердом состоянии; растворимость его при температуре эвтектики достигает O.OOSVo. При затвердевании сплавов легкоплавкая и хрупкая эвтектика Nil-NisSj выделяется преимущественно по границам кристаллитов, нарушая связь между ними. При содержании ~0,01</о S никель и его сплавы легко разрушаются при обработке давлением. При повышенных температурах жидкая эвтектика поглощает кислород с образованием закиси никеля, но хрупкость сплава при этом сохраняется. В присутствии магния и марганца вредное действие серы значительно уменьшается. Особенно благоприятное действие в этом отношении оказывает литий, который, по литературным данным, энергично парализует вредное действие серы.

Таким образом, содержание серы в никеле и его сплавах не следует допускать свыше 0,005о/о. Допуски по сере в ГОСТ 492- - 52 на никелевые и медноникелевые сплавы, по мнению автора, являются завышенными.

Кислород оказывает отрицательное влияние на никель и его сплавы.

При наличии кислорода в жидком металле получаются некачественные слитки, так как при заливке никеля в изложницы

40 чв

11- 8 Ш 2-i 32 Содержанье серы, /cfSecj

Рис. 304. Диаграмма состояния двойной системы никель - сера Сторона никеля

Влияние компонентой и примесей

1600

I Si

.J00

Содержание углерода,/.(атшии)

5 ю 15

Б результате взаимодействия кислорода со смазкой получается пористое литье. Никелевые и медноникелевые сплавы, содержащие кислород, склонны к водородной болезни . Поэтому перед отливкой никелевых и медноникелевых сплавов кислород полностью должен быть удалей из жидкой ванны.

Кислород с никелем образует эвтектику Ni-NiO (при содержании 0,236о О или 1,1 /о NiO), плавящуюся при температуре 1438°. Область твердого раствора а при температуре эвтектики достигает 0,08</о и резко сдвигается в сторону никеля с понижением температуры. При кристаллизации закись никеля выделяется по границам кристаллитов в виде эвтектики, легко обнаруживаемой под микроскопом. При небольшом содержании кислорода (~0,02</о), например при неполном раскислении иикеля, кислород при высоких температурах находится в твердом растворе, но при медленном остывании он вновь выделяется, что характеризуется утолщенными границами зерна и повышенной хрупкостью изделий из никеля в холодном состоянии.

Таким образом, кислород в никеле и его сплавах является вредной примесью и положительную роль он играет лишь при производстве непассивирующихся анодов.

Углерод оказывает значительное влияние на механические и технологические свойства никелевых и медноникелевых сплавов. Диаграмма состояния системы никель - углерод (сторона никеля) показана на рис. 305.

Углерод с никелем образует эвтектику при содержании 2,22о/ц С с температурой плавления 1318°. Растворимость углерода в никеле в твердом состоянии при температуре эвтектики достигает 0,650/0, однако с понижением температуры граница области твердого раствора резко Сл1вигается в сторону никеля. Никель с углеродом образует карби.ц. NiaC, который, однако, устойчив лишь при температурах выше 2100°. Никель с повышенным содержанием углерода является хрупким в холодном состоянии, так как при кристаллизации углерод выделяется преимущественно но границам кристаллитов в форме графита.

Ыс 0.5 I 1,5 г 2,5 3 3S 4 kS 5 Содеожаиие углерода % fBecj

Рис. 305. Диаграмма состояния системы никель - углерод. Сторона никеля

В меди углерод растворим в ничтожно малом количестве, а в медноникелевых сплавах растворимость его находитсяв прямой зависимости от содержания никеля.

Диаграмма состояния медного угла тройной системы медь -

никель - углерод показана

Рис 306. Границы области твердого раствора а в тройной системе медь - никель - углерод

на рис. 306, откуда видно, что в медноникелевых сплавах растворимость углерода в твердом состоянии незначительна. В частности, в мельхиоре, содержащем 30Vo Ni, растворимость углерода равна 0,045Vo.

В медноникелевых сплавах углерод является вредной примесью, так как при содержании его в этих сплавах выще предела растворимости он выделяется по границам кристаллитов в виде графита, что способствует быстрому разрушению готовых изделий от интер-кристаллитной коррозии.

На рис. 307 показан образец мельхиоровой конденсаторной трлэки, содержащей более 0,050/0 С, разрушившейся под действием раствора азотнокислой закиси ртути. На никель и его сплавы, например монель-металл, углерод оказывает положительное влияние, так как, являясь отличным раскислителем, он способствует получению качественных слитков и полуфабрикатов из них. В чи-

Рис. 307. Мельхиоровая конденсаторная трубка, содержащая более

О.Об/о С, разрушившаяся под действием раствора азотнокислой закиси ртути

СВЕТЛЫЙ ОТЖИГ НИКЕЛЕВЫХ И МЕДНОНИКЕЛЕВЫХ

СПЛАВОВ

Для получения светлой неокисленной поверхности при отжиге никелевых сплавов всех типов рекомендуется применять чистый осушенный водород. Во избежание водородной хрупкости, наблюдающейся в никеле и никелевых сплавах, содержащих кислород, при отжиге в водороде указанные сплавы не должны содержать закиси никеля.

Светлый отжиг мельхиора и никеля можно также производить в атмосфере генераторного газа. Генераторный газ, полученный при сжигании древесного угля, не нуждается в дополнительной очистке от углекислого газа и паров воды.

Светлый отжиг никеля, мельхиора и нейзильбера можно производить в атмосфере диссоциированного и неполностью сожженного аммиака, содержащего б/о Н и более (остальное азот). Светлый отжиг нейзильбера (по данным А. К- Чертавских) можно также производить в генераторном газе, тщательно осушенном и очищенном от углекислого газа и паров воды.

Светлый отжиг никеля и его сплавов можно осуществить и в других газовых средах, где сумма парциальных давлений газов-окислителей меньше или равна упругости кислорода диссоциирующего окисла.

стый никель рекомендуется вводить углерод для этих целей в количестве до 0,1*/о.

При содержании в никеле свыше 0,2о/о С он становится холод-ноломким, так как углерод при кристаллизации выделяется по границам зерен.

Висмут и свинец являются вредными примесями. Они практически не растворимы в никеле, меди и их сплавах в твердом состоянии. При содержании висмута или свинца в количестве более 0,002-0,005/о никелевые и медноникелевые сплавы легко разрушаются при горячей обработке давлением. На физические свойства, в частности на электропроводность и теплопроводность, висмут и свинец не оказывают замегного влияния. Свинец вводится лишь в свинцовый нейзильбер для у.лучшепия его обрабатываемости резанием. Однако это г сплав по,вдается обработке давлением только в холодном состоянии.

Сурьма и мышьяк оказывают отрицательное влияние на никелевые и медноникелевые сплавы. Под влиянием сурьмы и мышьяка резко ухудшается обрабатываемость давлением этих сплавов.

Фосфор и кадмий в никелевых и медноникелевых сплавах являются вредными примесями, так как они резко снижают их механические, физические и технологические свойства.

Никелевые и медноникелевые сплавьс-

КОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА НИКЕЛЯ

В атмосферных условиях никель является наиболее коррози-онностойким но сравнению с другими техническими металлами. На воздухе никель также устойчив, так как на его поверхности образуется очень тонкая и прочная защитная пленка. Воздух промышленных районов, содержащий сернистый газ и сероводород, несколько более агрессивен. Скорость коррозии никеля в промышленных районах равна 0,001-0,004 мм/год, в морской атмосфере 0,0001-0,00013 мм/год и в сельской 0,00003- 0,00018 мм/год. В дистиллированной воде никель практически не корродирует. В естественной пресной воде скорость коррозии никеля ничтожна (менее 0,003 мм/год), в воде в присутствии соединений серы никель также устойчив, но тускнеет. Присутствующие в воде в большой концентрации ионы хлора и углекислого газа могут вызвать па никеле точечную коррозию. Паровой конденсат действует на никель незначительно, но если паровой конденсат насыщен воздухом и углекислым газом (ЗО/о воздуха и 70о/о СОг), то скорость коррозии никеля при температуре 120° повышается до 0,22 мм/год. В морской воде, в рудничных водах никель также достаточно устойчив. Скорость коррозии никеля в морской воде в среднем равна 0,13 мм!год, а в рудничных водах в зависимости от состава - 0,0013-0,61 мм/год.

Минеральные кислоты сильно действуют на никель, особенно азотная и азотистая кислоты. Никель устойчив лишь в слабых раствор-ах азотной кислоты концентрацией менее 0,5о/о при температуре 20 и ниже.

Соляная кислота довольно сильно действует на никель.

Серная кислота является менее агрессивной для никеля, хотя он и менее стоек, чем свинец, монель-металл и некоторые специальные стали. Никель быстро корродирует в фосфорной кислоте, особенно в концентрированной и неочищенной, поэтому для работы в этих средах никель не применяется.

Сернистая кислота сильно действует на никель, особенно при повышенных температуре и концентрации. Прочие кислоты, содержащие окислительные соли (хроматы, бихроматы, цитраты, перекиси и окисные соли железа и меди), также сильно увеличивают скорость коррозии никеля.

Щелочные и нейтральные растворы солей (карбонаты, нитраты, сульфаты, хлориды, ацетаты) на никель влияют незначительно даже при нагревании (со скоростью ~0,013 мм/год), однако кислые соли действуют на никель заметно сильнее (до 1 мм/год). Никель сильно корродирует в кислых растворах солей х-лорного железа, меди и ртути, особенно в присутствии окислительных солей. Растворы солей .хлорноватистой кислоты сильно действуют на никель, однако добавки жидкого стекла 0,5 см на

Коррозионные свойства никеля

Скорость коррозии иикеля в различных средах

Наименование кислот и солей

Концентрация %

Температура

Серная кислота

Соляная кислота

Фосфорная кислота

Сернистая кислота Сероводородная вода

Растворы нейтоальных и щелочных солей (серной соляной, азотной, уксус ной и угольной) . .

Хлористый натрий . .

Хлористый алю.чиний . Хлористый цинк . . . Сернокислый алюмин1и г

То же......, . .

Сернокислый цинк . .

Сернокислый марганец Хлористый марганец Четыреххлористый угле род . . .......

Двуххлористый этилен Треххлористый этилен Хлороформ......

5 5 5 5 10 10 10 20 20 95 Ю 20 30 0,5 1

Разбавленная 85

Разбавтенная i I % SO.a Насыщенный раствор

Насыщенный раствор 28-40 8-20 25 57

Насыщенный раствор

11,5

С водным слоем

То же

.30 60 77 102 20 77 103 20 105 20 30 30 30 100 100 100 20 95 80 20 25

Пр I нагревании 95

102 33 35 115 105

ИЗ 101

25 25 25

Скорость коррозии л1м еод

Примечание

2 7,

17, 146 О,

20 1 О

,048

Чистая кислота

Неочищенная кисло та

0,013

0,053

0,21

0,12

0,015

0,64

0,074 0,22

0.0005

0,0003 0,01 0,0015

Нейтральный раствор

Кислый раствор, вследствие гидролиза

То же

Кислый раствор

В отсутствии водного слоя стойкость значительно выше даже при кипени№