Metalurģijas nozarei ir liela nozīme ikviena cilvēka dzīvē, jo ikdienā nākas saskarties ar dažādiem metāla izstrādājumiem. Un tie ir izgatavoti no dažādiem sakausējumiem, kurus iegūst kausējot. Šo materiālu ražošanā tiek izmantoti vismaz divi metāli, īpašību uzlabošanai tiek izmantotas speciālas piedevas. Šajā rakstā tiks apskatīti vairāki dzelzs-niķeļa sakausējumi, to īpašības un pielietojums.
Par dzelzs īpašībām
Tīrais dzelzs ir sudrabaini pelēkā krāsā un ir kaļams un kaļams. Dabā sastopamajiem vietējiem lietņiem ir izteikts metālisks spīdums un ievērojama cietība. Materiāla augstumā un elektrovadītspējā tas viegli pārnes strāvu ar brīvo elektronu palīdzību. Metālam ir vidēja ugunsizturība, tas mīkstina +1539 grādu pēc Celsija temperatūrā un zaudē savas feromagnētiskās īpašības. Tas ir ķīmiski aktīvs elements. Normālā temperatūrā tas viegli reaģē, un, karsējot, šīs īpašības uzlabojas. Gaisā tas tiek pārklāts ar oksīda plēvi, kas neļauj reakcijai turpināties. Saskaroties ar mitru vidiparādās rūsa, kas vairs neaizkavē koroziju. Taču, neskatoties uz to, dzelzi un tās sakausējumus plaši izmanto.
Mazliet vēstures
Invar ir dzelzs un niķeļa sakausējums, kas satur 36% leģējošās piedevas. Pirmo reizi to 1896. gadā Francijā atklāja fiziķis Šarls Gijoms. Šajā laikā viņš strādāja pie lētas metāla meklēšanas masas un garuma mērīšanas standartiem, kas tika izgatavoti no ļoti dārga platīna-irīdija sakausējuma. Pateicoties šim atklājumam, zinātnieks 1920. gadā saņēma Nobela prēmiju fizikā.
Vārds "invar" latīņu valodā nozīmē nemainīgs. Tas nozīmē, ka dzelzs-niķeļa sakausējuma termiskās izplešanās koeficients paliek nemainīgs plašā temperatūras diapazonā - no -80 līdz 100 grādiem pēc Celsija. Šim sakausējumam ir vairāki citi nosaukumi: nilvar, vakodyl, nilo-sakausējums, radiometāls. Invar ir Imphy Alloys Inc. preču zīme, kas pieder Arcelor Mittal tērauda grupai.
Dzelzs-niķeļa sakausējums
Dzelzs īpašību uzlabošanai, izmantojot dažādas piedevas, tiek iegūti sakausējumi. Zinātnieki uzskatīja, ka, ņemot vērā metālu termodinamiskās īpašības, nebūs grūti iegūt dzelzs-niķeļa sakausējumu. Bet praksē viņiem radās problēmas. Metālu mijiedarbības laikā, ražojot dzelzs sakausējumu ar niķeli, sānu oksidācijas procesa rezultātā dzelzs no divvērtīgā stāvokļa pāriet trīsvērtīgajā stāvoklī.
Tā rezultātā samazinās sakausējuma iznākums un pasliktinās noteiktas fizikālās īpašības. Lai atrisinātu šo problēmu, elektrolītam pievieno amīnus un organiskās skābes, kas ar dzelzs dzelzi veido savienojumus ar zemu šķīdību. Šajā sakarā nogulšņu elastība kļūst labāka, un, lai tās vienmērīgi sadalītos, elektrolīti tiek sajaukti. Iegūto dzelzs un niķeļa sakausējumu sauc par invar.
Invar sakausējuma izmantošana
Nenozīmīgs termiskās izplešanās koeficients ļauj to izmantot ražošanā:
- instrumentu daļas;
- lente un stieple ģeodēziskajiem darbiem;
- Lāzera nesošās konstrukcijas;
- pulksteņu mehānismu daļas, hronometra svārsti;
- velmēti izstrādājumi: karsti velmēti stieņi un loksnes, auksti velmētas sloksnes, bezšuvju caurules, k alti stieņi.
Lai palielinātu stiprību, tiek veikta dzelzs-niķeļa sakausējuma aukstā plastiskā deformācija un pēc tam tiek veikta zemas temperatūras termiskā apstrāde. Lielākai izturībai pret koroziju normālos atmosfēras apstākļos, tā virsma tiek pulēta un uzklāts aizsargslānis, ja produkts paredzēts lietošanai agresīvā vidē. Arī Invar pretkorozijas īpašības palielināsies, ja tā sastāvam pievienos aptuveni 12% hroma, bet tas saglabā nemainīgu elastību, kad tiek uzkarsēts līdz 100 grādiem.
Magnētiskie sakausējumi
Šie sakausējumi tiek plaši izmantoti elektrotehnikā. Tos izmanto pastāvīgo magnētu, transformatoru serdeņu,elektriskie mērinstrumenti, elektromagnēti. Cilvēki jau sen ir zinājuši, ka dzelzs ir magnētisks, un tāpēc to var daudz izmantot.
Daudz vēlāk tika atklāts, ka tā pati īpašība piemīt niķelim un dažiem citiem metāliem. Izstrādājumiem, kas izgatavoti no magnētiskā dzelzs un niķeļa sakausējuma, ir arī iespēja saglabāt savu magnētisko lauku, kad ārējā vairs nav. Turklāt šis personīgais lauks atkal spēj ietekmēt citus magnētiskos ķermeņus.
Niķelis, kob alts un to sakausējumi
Kob alts un niķelis ir dzelzs apakšgrupas elementi. Visiem trim elementiem ir līdzīgas īpašības, taču ir arī būtiskas atšķirības. Abi metāli ir blīvāki par dzelzi un daudz cietāki un stiprāki par dzelzi. Tie ir mazāk aktīvi ķīmiskā ziņā, atšķiras ar izturību pret koroziju. Turklāt metāli tiek novērtēti ar to lielāku izturību pret gāzes koroziju.
Kob alta un niķeļa trūkumi ir to augstā toksicitāte un ievērojamās izmaksas salīdzinājumā ar dzelzi. Viņi izmanto pretkorozijas ārējo pārklājumu izstrādājumiem, kas izgatavoti no oglekļa tērauda un dzelzs, izmantojot elektroķīmiskas reakcijas. Un arī tos izmanto tādu sastāvdaļu un detaļu ražošanai, kurām nepieciešama pastiprināta izturība un cietība. Jāatzīmē dzelzs, niķeļa un kob alta sakausējumu, ko sauc par koinvar, invar, supermalloy, permalloy un malloy, īpašā nozīme. To galvenā priekšrocība ir augstā līmenīmagnētiskās īpašības. Šos sakausējumus izmanto, lai ražotu magnētiskās shēmas dažādām elektromagnētiskām ierīcēm.
Sakausējums Kovars
Maisījums sastāv no metāliem ar izcilām mehāniskām īpašībām. Tie ir viegli apstrādājami, viegli pakļaujami velmēšanai, cauršanai, kalšanai un štancēšanai. Un kob alta, niķeļa un dzelzs sakausējumu citādi sauc par kovaru. Labi izvēlēta ķīmisko elementu kombinācija nodrošina materiālam izcilas īpašības. Šim sakausējumam ir laba siltumvadītspēja, augsts elektriskās pretestības koeficients un lineārās izplešanās indeksi, kas ir tuvu nullei plašā temperatūras diapazonā. Vienīgais trūkums ir zemā izturība pret koroziju mitrā vidē, tāpēc bieži tiek izmantoti sudraba aizsargpārklājumi. Kovar plaši izmanto rūpniecībā, lai ražotu:
- caurules, lentes un vadi;
- kondensatori;
- iekārtu korpusi instrumentācijā;
- detaļas radioelektronikā;
- gadījumi elektrovakuuma nozarē.
Sakausējums satur dārgu kob altu un niķeli, kas palielina materiāla izmaksas, bet laba veiktspēja un ilgs kalpošanas laiks sedz sākotnējo ieguldījumu.
Alni sakausējumi
Alni ir dzelzs-niķeļa-alumīnija magnētisko sakausējumu grupas nosaukums. Palielinoties alumīnija un niķeļa koncentrācijai noteiktās robežās, atlikušā indukcija samazinās un piespiedu spēks palielinās. Visbiežāk izmantotie sakausējumi, kuros alumīnijs no 11. līdz18%, un niķelis - 20-34%. Šādu sakausējumu galvenās īpašības ir elektrovadītspēja, siltumvadītspēja un elastība. Visiem tiem ir raksturīga laba metināšana.
Lai izmantotu sakausējumus magnētu ražošanā, tie tiek leģēti ar kob altu un varu. Šajā gadījumā materiāls iegūst cietību un trauslumu, un tam ir rupji graudaina struktūra. Alni sakausējumi tiek izmantoti kā konstrukcijas materiāls gāzturbīnu un reaktīvo dzinēju daļām, kas ilgstoši darbojas augstā temperatūrā virs 1000 grādiem pēc Celsija, saglabājot metālu bez bojājumiem.
Secinājums
Visi mūsdienu rūpniecībā plaši izmantotie metāli ir sakausējumi. Piemēram, gandrīz visa pasaulē saražotā dzelzs tiek izmantota dzelzs un tērauda ražošanai. Tas izskaidrojams ar to, ka sakausējumiem ir raksturīgas labākas īpašības nekā metāliem, no kuriem tie iegūti. Jāatzīmē, ka rūpniecībā ražotajiem sakausējumiem ir kopīgas īpašības: izturība, cietība, elastība un plastiskums. Un dzelzs-niķeļa tiem piemīt arī magnētiskas īpašības, kuras ražošanas laikā tiek uzlabotas ar papildu leģēšanas palīdzību.
