Hutnický průmysl hraje důležitou roli v životě každého člověka, protože každý den se musíte potýkat s různými kovovými výrobky. A jsou vyrobeny z různých slitin, které se získávají tavením. Při výrobě těchto materiálů se používají minimálně dva kovy a pro zlepšení vlastností se používají speciální přísady. Tento článek se zabývá několika slitinami železa a niklu, jejich vlastnostmi a aplikacemi.
O vlastnostech železa
Čisté železo je stříbrošedé barvy a je kujné a kujné. Nativní ingoty nalezené v přírodě mají výrazný kovový lesk a značnou tvrdost. Ve výšce a elektrické vodivosti materiálu snadno přenáší proud pomocí volných elektronů. Kov má průměrnou žáruvzdornost, měkne při teplotě +1539 stupňů Celsia a ztrácí své feromagnetické vlastnosti. Je to chemicky aktivní prvek. Za normálních teplot snadno reaguje a při zahřátí se tyto vlastnosti umocní. Na vzduchu se pokryje oxidovým filmem, který brání pokračování reakce. Při vystavení vlhkému prostředíobjeví se rez, která již nebrání korozi. Ale navzdory tomu se železo a jeho slitiny široce používají.
Trocha historie
Invar je slitina železa a niklu, která obsahuje 36 % legovací přísady. Poprvé ji objevil ve Francii v roce 1896 fyzik Charles Guillaume. V této době pracoval na hledání levného kovu pro měřítka hmotnosti a délky, které byly vyrobeny z velmi drahé slitiny platiny a iridia. Díky tomuto objevu obdržel vědec v roce 1920 Nobelovu cenu za fyziku.
Slovo „invar“v latině znamená neměnný. To znamená, že koeficient tepelné roztažnosti slitiny železa a niklu zůstává konstantní v širokém teplotním rozsahu - od -80 do 100 stupňů Celsia. Tato slitina má několik dalších názvů: nilvar, vakodyl, nilo-slitina, radiometal. Invar je ochranná známka společnosti Imphy Alloys Inc., kterou vlastní ocelářská skupina Arcelor Mittal.
Slitina železa a niklu
Pro zlepšení vlastností železa se pomocí různých přísad získávají slitiny. Vědci se domnívali, že nebude obtížné získat slitinu železa a niklu s přihlédnutím k termodynamickým vlastnostem kovů. V praxi ale narazili na problémy. Při interakci kovů, při výrobě slitiny železa s niklem, v důsledku vedlejšího oxidačního procesu přechází železo z dvojmocného stavu do trojmocného.
V důsledku toho se výtěžnost slitiny snižuje a některé fyzikální vlastnosti se zhoršují. K vyřešení tohoto problému se do elektrolytu přidávají aminy a organické kyseliny, které tvoří s trojmocným železem sloučeniny s nízkou rozpustností. V tomto ohledu se elasticita sraženiny zlepšuje a pro její rovnoměrné rozložení jsou elektrolyty smíchány. Výsledná slitina železa a niklu se nazývá invar.
Použití slitiny Invar
Nevýznamný koeficient tepelné roztažnosti umožňuje jeho použití pro výrobu:
- části nástrojů;
- páska a drát pro geodetické práce;
- Laserové nosné konstrukce;
- části strojků hodinek, kyvadla chronometru;
- válcované výrobky: tyč a plech válcované za tepla, pásy válcované za studena, bezešvé trubky, kované tyče.
Pro zvýšení pevnosti se provádí plastická deformace slitiny železa a niklu za studena a poté se provádí nízkoteplotní tepelné zpracování. Pro větší odolnost vůči korozi za běžných atmosférických podmínek je jeho povrch leštěn a je nanesena ochranná vrstva, pokud je výrobek určen pro použití v agresivním prostředí. Antikorozní vlastnosti Invaru se také zvýší, když se do jeho složení přidá asi 12 % chrómu, zatímco si zachová konstantní elasticitu při zahřátí na 100 stupňů.
Magnetické slitiny
Tyto slitiny jsou široce používány v elektrotechnice. Vyrábějí se z nich permanentní magnety, jádra transformátorů,elektrické měřicí přístroje, elektromagnety. Lidé již dlouho vědí, že železo je magnetické, a proto má mnoho využití.
Mnohem později bylo zjištěno, že stejná vlastnost je vlastní niklu a některým dalším kovům. Výrobky vyrobené z magnetické slitiny železa a niklu mají také schopnost udržet si vlastní magnetické pole, když to vnější již není přítomno. Navíc je toto osobní pole opět schopno ovlivňovat další magnetická těla.
Nikl, kob alt a jejich slitiny
Kob alt a nikl jsou prvky podskupiny železa. Všechny tři prvky mají podobné vlastnosti, ale existují také značné rozdíly. Oba kovy jsou hustší než železo a mnohem tvrdší a pevnější než železo. Jsou méně aktivní z chemického hlediska, liší se odolností proti korozi. Kovy jsou navíc ceněny pro svou větší odolnost vůči plynové korozi.
Nevýhody kob altu a niklu jsou jejich vysoká toxicita a značná cena ve srovnání s železem. Své uplatnění nacházejí pro antikorozní vnější nátěry výrobků z uhlíkových ocelí a železa elektrochemickými reakcemi. A také se používají k výrobě součástí a dílů, které vyžadují zvýšenou pevnost a tvrdost. Je třeba poznamenat zvláštní význam slitin železa, niklu a kob altu, které se nazývají koinvar, invar, supermalloy, permalloy a malloy. Jejich hlavní výhoda spočívá ve vysokémagnetické vlastnosti. Tyto slitiny se používají k výrobě magnetických obvodů pro různá elektromagnetická zařízení.
Alloy Kovar
Směs se skládá z kovů s vynikajícími mechanickými vlastnostmi. Snadno se zpracovávají, snadno se dají válcovat, protahovat, kování a lisování. A slitině kob altu, niklu a železa se jinak říká kovar. Dobře zvolená kombinace chemických prvků dodává materiálu vynikající vlastnosti. Tato slitina má dobrou tepelnou vodivost, vysoký koeficient elektrického odporu a indexy lineární roztažnosti blízké nule v širokém teplotním rozsahu. Jedinou nevýhodou je nízká odolnost proti korozi ve vlhkém prostředí, proto se často používají ochranné nátěry ze stříbra. Kovar je široce používán v průmyslu pro výrobu:
- trubky, pásky a dráty;
- kondenzátory;
- případy vybavení v přístrojovém vybavení;
- podrobnosti o radioelektronice;
- případy v elektrovakuovém průmyslu.
Slitina obsahuje drahý kob alt a nikl, což zvyšuje cenu materiálu, ale dobrý výkon a dlouhá životnost pokrývají počáteční investici.
Alni slitiny
Alni je název skupiny pro magnetické slitiny železa, niklu a hliníku. Se zvýšením koncentrace hliníku a niklu v určitých mezích zbytková indukce klesá a koercitivní síla se zvyšuje. Nejčastěji používané slitiny, ve kterých hliník od 11. do18% a nikl - 20-34%. Hlavní vlastnosti takových slitin jsou elektrická vodivost, tepelná vodivost a tažnost. Všechny se vyznačují dobrým svařováním.
Pro použití slitin při výrobě magnetů jsou legovány kob altem a mědí. V tomto případě materiál získává tvrdost a křehkost a má hrubozrnnou strukturu. Slitiny Alni se používají jako konstrukční materiál pro části plynových turbín a proudových motorů pracujících při vysokých teplotách více než 1000 stupňů Celsia po dlouhou dobu, přičemž udržují kov bez poškození.
Závěr
Všechny kovy hojně používané v moderním průmyslu jsou slitiny. Například téměř všechno železo, které se na světě vyrobí, se používá k výrobě železa a oceli. To lze vysvětlit tím, že slitiny se vyznačují lepšími vlastnostmi než kovy, ze kterých jsou získávány. Je třeba poznamenat, že slitiny vyráběné průmyslem mají pro ně společné vlastnosti: pevnost, tvrdost, elasticitu a plasticitu. A železo-niklové mají také magnetické vlastnosti, které jsou při výrobě vylepšeny pomocí dodatečného legování.
