Какие сплавы никеля используют в химическом машиностроении

Применение в чистом виде

Никель представляет собой металл серебристого цвета. Он обладает высокими показателями прочности и пластичности. Обладает ферромагнитными свойствами, хорошо сваривается, куется и штампуется. Устойчив к воздействию кислот и щелочей. Не окислятся на открытом воздухе благодаря оксидной плёнке.

Области применения материала в чистом виде:

1. Используется в качестве защитного покрытия для других металлических поверхностей. При этом защитный слой наносится методами плакирования или гальванопластики. Защищает другие металлы от коррозийных процессов.
2. Из металла изготавливаются емкости для хранения и транспортировки химических реагентов, кислот, щелочей.
3. Его часто используют в качестве катализатора. Связано это с каталитическими свойствами материала, которые схожи с палладием. Однако этот металл стоит гораздо дешевле.
4. Изготовление прерывателей нейтронных пучков. Благодаря этому металл получил распространение в ядерной физике.

Помимо использования в пищевой и химической промышленности, чистый материал применяется при изготовлении щелочных аккумуляторов.

НИКЕЛЬ, СПЛАВЫ НИКЕЛЕВЫЕ И МЕДНО-НИКЕЛЕВЫЕ, ОБРАБАТЫВАЕМЫЕ ДАВЛЕНИЕМ

Марки

Издание официальное

Москва

Стандартинформ

2011

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0—92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2—97* «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты

межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом по стандартизации ТК 106 «Цветметпрокат», Научно-исследовательским, проектным и конструкторским институтом сплавов и обработки цветных металлов «Открытое акционерное общество «Институт Цветметобработка» (ОАО «Институт Цветметобработка»)

2 ВНЕСЕН Техническим секретариатом Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 29 от 24 июня 2006 г.)

За принятие стандарта проголосовали:

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2006 г. № 498-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 492—2006 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2008 г.

5 ВЗАМЕН ГОСТ 492—73

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Июнь 2011 г.

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в указателе «Национальные стандарты».

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе «Национальные стандарты», а текст изменений — в информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе «Национальные стандарты»

* С 1 мая 2010 г. введен в действие ГОСТ 1.2—2009.

© Стандартинформ, 2007 © СТАНДАРТИНФОРМ, 2011

В Российской Федерации настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

НИКЕЛЬ, СПЛАВЫ НИКЕЛЕВЫЕ И МЕДНО-НИКЕЛЕВЫЕ, ОБРАБАТЫВАЕМЫЕ ДАВЛЕНИЕМ

Особенности

Никель и сплавы на его основе обладают определёнными особенностями и характеристиками. Их важно учитывать перед применением их в промышленности.

Структура и состав

Структура сплавов на основе никеля изменяется в зависимости от того, какие компоненты входят в их состав. От этого также зависят характеристики готового материала. Этот материал представляет собой металл серебристого цвета, который содержится в земной коре, воде и воздухе. В природе можно найти не только однородный металл, но и смеси на его основе. Связано это с тем, что он отлично сочетается с другими материалами. Часто встречающиеся компоненты в составе смесей — железо, молибден, медь, хром.

Свойства и характеристики

Физические и химические свойства материала помогают определить, где его можно использовать и как он будет изменяться при определённых этапах обработки. Характеристики:

1. Плотность — 8800 кг/м3.
2. Температура плавления — 1455 градусов по Цельсию.
3. Температура кипения — около 2900 градусов.
4. Максимальная прочность на растяжение — 9000 МПа.
5. Теплопроводность — 90,9 Вт/(м*К).
6. Сопротивление электричеству — 0,0684 мкОм*м.

Благодаря своим характеристикам никель и смеси на его основе применяются в разных направлениях промышленности. Они хорошо поддаются обработке на промышленном оборудовании, что расширяет их область применения.

Марки

По государственному документу ГОСТ 849-2008 обозначено 7 марок никеля. К ним относятся H0, H1,2,3,4, Н1Ау и Н1у. Состав марок представляет собой содержание основного вещества до 99,9%, незначительное количество кобальта и сторонних примесей.

Сплавы

Никель является основой многих сплавов. Стоит подробнее разобраться с самыми популярными соединениями на основе этого металла.

С медью

Популярнейшим соединением считается никель и медь. В итоге получается материал, который не похож по своим характеристикам на исходный металл. При изготовлении металлических смесей можно выделить 3 популярных соединения:

1. Монель — материал, в котором содержится примерно 67% никеля. Имеет высокий показатель прочности. Его можно сравнить с разными видами сталей. Используется в авиастроении, судостроении, а также изготовлении электроинструментов. Найти детали из монели можно в музыкальных инструментах.
2. Мельхиор — известный сплав, основным компонентом которого является медь. Никеля же в составе может содержаться до 30%. Используется при изготовлении ювелирных украшений, статуэток, столовых приборов.
3. Копель — смесь на 44% состоящая из никеля. Из него изготавливается проволока, из которой делают компенсационные провода.

Существуют и другие смеси с добавлением цинка, которые обладают своими особенностями и характеристиками.

С хромом

Соединения хрома с никелем многим известно, как нихром. Особенность этого сплава — высокий показатель электрического сопротивления, высокая температура плавления. Также нихром отличается хорошей прочностью и теплоёмкостью. Отрасли применения:

1. Изготовление деталей для приборов, работающих в агрессивных условиях окружающей среды.
2. Производство нагревательных элементов и оборудования для термической обработки.
3. Проволока из нихрома используется при изготовлении электропечей.
4. Из этого сплава изготавливают нити испарения, использующиеся в электронных сигаретах.

Если нихром будет покрыт легирующих слоем на основе кремния, его можно использовать в химической промышленности. От дополнительного покрытия материал получает устойчивость к кислотам.

С молибденом и другими металлами

При соединении никеля с молибденом в состав добавляется хром. Процентное содержание основного металла достигает 77%. При этом молибдена в составе может содержаться до 9%. Остальное количество занимает хром. Особенность соединения — высокий показатель прочности и жёсткости.

Сплав с молибденом используется в медицине. Из него изготавливают мостовидные протезы. Сложно обрабатывается. Сделать отливки из такого материала практически невозможно. Однако благодаря своим характеристикам и низкой стоимости сплавы с молибденом имеют высокую популярность.

С железом

Подобная смесь называется инвар. Представляет собой соединение железа и никеля. Используют готовый материал при изготовлении деталей для механических часов.

Никель и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения

Никель

– металл серебристо-белого цвета с желтоватым оттенком, плавится при температуре 1455 оС, имеет плотность 8,91 г/см3; тверд, хорошо полируется, ферромагнитен (
Т
кNi = 358 оС), обладает высокой коррозионной стойкостью – устойчив на воздухе, в воде, щелочах и ряде кислот. В чистом виде никель почти не применяется, основная масса его идет на производство различных сплавов с железом, медью, цинком и др. металлами. Около 20 % мирового производства никеля расходуется на получение электролических покрытий*.

Сплавы на основе никеля можно разделить на жаропрочные, жаростойкие, магнитные и сплавы с особыми физическими свойствами**.

Жаропрочные и жаростойкие сплавы на основе никеля используются для изготовления деталей, работающих при температурах 700…1100 оС.

Жаропрочные деформируемые (ХН77ТЮР, ХН70ВМТЮ, ХН55ВМТФКЮ) и литейные (ЖС6К) суперсплавы

, предназначенные для изготовления рабочих лопаток и дисков газовых турбин, а также различных элементов ракетных двигателей, получают путем легирования никеля хромом, титаном, алюминием, вольфрамом, молибденом и др. элементами. Наилучшие эксплуатационные свойства деталей из этих сплавов достигаются путем закалки и последующего старения.

Жаростойкие сплавы – нихромы

(Х20Н80, Х20Н75БТЮ, Х25Н60В15Т) обладают высоким удельным электросопротивлением, имеют хорошие технологические свойства – хорошо деформируются и свариваются, широко применяются для изготовления нагревательных элементов различных электрических печей и бытовых приборов, а также деталей, эксплуатируемых при высокой температуре.

Многие никелевые сплавы имеют специальные названия, например, сплав НМЖМЦ28-2,5-1,5 (28 % Cu

, 2,5 %
Fe
, 1,5 %
Mn
) называется
монель-металл
, который широко используется для изготовления коррозионно-стойких деталей для разных отраслей промышленности (травильных баков, арматуры паровых котлов и т. п.).

Стоимость никелевых сплавов примерно в 100 раз превышает стоимость рядовой стали.

53(38). Тугоплавкие металлы и сплавы, маркировка, свойства и область применения

Наибольшее применение в технике имеют следующие тугоплавкие металлы: Cr

(1875),
Nb
(2468),
Mo
(2625),
Ta
(2994) и
W
(3410)[52]. Эти металлы широко используются для повышения жаропрочности легированных сталей и чугунов. Сплавы на основе ниобия незаменимы в ядерной технике из-за стойкости к нейтронному облучению. Молибден и вольфрам в чистом виде используют в химическом машиностроении, стекольной промышленности, радиоэлектронике, светотехнике и т.д. В частности, из вольфрама – самого тугоплавкого металла изготавливают нагревательные элементы высокотемпературных печей, нити накаливания осветительных и радиоэлектронных ламп, контакты сильноточных реле и т.п.

Все тугоплавкие металлы обладают низкой жаростойкостью в присутствии кислорода, поэтому при температуре выше 400…600 оС их нужно защищать от окисления на воздухе. Для этого используют вакуум, инертные газы, азот, водород, а также специальные покрытия, например, из дисилицида молибдена и вольфрама (MoSi

2
, WSi
2).

Жаропрочность чистых металлов сравнительно невелика. Более высокой жаропрочностью обладают их сплавы на основе ниобия (ВН2, ВН2А, ВН3, ВН4), молибдена (ЦМ2А, ЦМ3, ЦМ6, ВМ2, ВМ3) и вольфрама (ВВ2). При создании таких сплавов широко используется легирование рением, окислами лантана и тория, карбидом гафния и т. п.

Все большее распространение получают так называемые псевдосплавы

, состоящие из взаимно нерастворимых компонентов:
W – Ag
,
W – Cu
,
W – Ni – Cu
. Для получения этих материалов предварительно спеченный из порошка вольфрама пористый каркас пропитывают при высокой температуре жидкой металлической составляющей композиции. Из псевдосплавов изготавливают сопловые вкладыши ракетных двигателей, контакты высоковольтных выключателей, электроды контактных сварочных машин, сопла и межэлектродные вставки плазмотронов. При нагреве изделия из псевдосплава его температура не может подняться выше температуры кипения легкоплавкой составляющей (
t
кип
Ag
= 2167 оС,
t
кип
Cu
= 2543 оС), пока в порах содержится жидкий металл.

54(39). Антифрикционные материалы, маркировка, структура, свойства и область применения

Антифрикционные материалы предназначены для использования в различных подшипниках трения-скольжения, применяемых чаще, чем подшипники трения-качения (шариковых и роликовых). Эти материалы должны обладать комплексом противоречивых эксплуатационных свойств: малым коэффициентом трения по отношению к валам, обычно изготавливаемым из закаленной стали; высокой износостойкостью сочетающейся с небольшой твердостью, чтобы не изнашивался вал; достаточной прочностью и сравнительно легко деформироваться, чтобы принимать форму вала; коррозионной стойкостью и высокой теплопроводностью, чтобы отводить тепло, выделяющееся при трении; хорошо удерживать смазку на поверхности и т. д. В зависимости от состава различают антифрикционные материалы металлические (сплавы), неметаллические (полимерные, графитовые, древесные и др.) и комбинированные (металлополимерные, графитометаллические и др.)

Антифрикционные сплавы

различного состава нашли самое широкое применение в промышленности для изготовления вкладышей подшипников скольжения. Для обеспечения требуемых эксплуатационных свойств структура антифрикционных сплавов должна состоять из мягкой и пластичной основы, в которую вкраплены твердые частицы химических соединений. В этом случае вал, опираясь на твердые частицы, быстро прирабатывается к подшипнику, а появившиеся канавки от движения твердых частиц образуют микроскопические каналы, по которым циркулирует смазка и уносятся продукты износа.

Рис. 54. Микроструктура оловянного баббита

Высочайшими антифрикционными свойствами обладают баббиты

[53]– мягкие сплавы на основе олова или более дешевого свинца. Баббиты наносятся в виде тонкого слоя (до 1 мм) на поверхность опоры скольжения. Самый дорогой баббит Б88 содержит 88 % олова, сурьму, медь и кадмий. Мягкой основой в нем является α-твердый раствор сурьмы в олове, а твердые частицы образованы β-фазой – твердым раствором на основе
SnSb
и кристаллами химического соединения
Cu
3
Sn
– рис. 54. Оловянные баббиты применяются для подшипников тяжело нагруженных машин (турбин, электрогенераторов, карьерных экскаваторов и т.п.). Более дешевый свинцово-оловянный баббит БС6 содержит 6 % олова, свинец, сурьму и медь. Еще более дешевыми являются свинцово-кальциевые баббиты типа БКА, БК2, содержащие десятые доли %
Са
и некоторых других элементов.

Высокими антифрикционными свойствами обладают рассмотренные ранее сплавы на медной основе – латуни и бронзы (оловянные, алюминиевые, свинцовые бронзы и кремнистые и марганцовистые латуни). В наиболее ответственных случаях используют бронзы с высоким содержанием олова и свинца.

Антифрикционные чугуны

по ГОСТ 1585-85 (серые АЧС-1, … АЧС-6, высокопрочные АЧВ-1, АЧВ-2 и ковкие АЧК-1, АЧК-2) по комплексу эксплуатационных свойств сопоставимы со сплавами на медной основе. Антифрикционные свойства чугунов в значительной степени определяются строением графитовой составляющей, выполняющей роль твердой смазки. В структуре антифрикционного чугуна желательно иметь более крупные включения графита, минимальное количество свободного феррита (до 15 %) и должен отсутствовать свободный цементит.

Для менее нагруженных конструкций в качестве втулок подшипников применяют:

— цинковые антифрикционные сплавы, содержащие алюминий и медь: ЦАМ 9,5-1,5; ЦАМ 10-5 (10 % Al

, 5 %
Cu
, остальное
Zn
), заменяющие при температурах до 100 оС более дорогие оловянные бронзы;

— алюминиевые антифрикционные (подшипниковые) сплавы, содержащие олово, медь, никель и кремний: АО3-1 (3 % Sn

, 1%
Cu
, 0,4 %
Ni
, 1,9 %
Si
, остальное
Al
), АО9-2, АО20-1, АН-2,5 (2,5 %
Ni
, остальное
Al
).

В настоящее время в малонагруженных подшипниках расширяется использование втулок из полимерных и композиционных материалов, состоящих либо из одного полимера (капрон, фторопласт-4), либо полимера с наполнителем (текстолит), либо из смеси порошков железо-графит, бронза-графит, металлофторопласт и т. п. Применение подшипников скольжения из самосмазывающихся пластмасс упрощает конструкцию, снижает издержки при изготовлении и эксплуатации изделий.

Углеграфитовые антифрикционные материалы

используются для работы без дополнительной смазки в различных газовых и жидких агрессивных средах (кислотах, щелочах, растворах солей и органических растворителей) в широком диапазоне температур от –200 до +2000 оС*.

Ограниченное применение имеют антифрикционные материалы на основе древесины твердых пород (бакаута, самшита, бука) и фтороуглеродных резин, предназначенные для работы в водной среде, выполняющей роль смазки.

Область применения

Чистый металл используется не так часто, как сплавы никеля. Области применения сплавов:

1. Применяются в машиностроении, строительстве, изготовлении трубопроводов. Из этого металла изготавливаются массивные конструкции, которые защищены от образования ржавчины.
2. Детали для оборудования, которое работает в условиях агрессивных сред. Сплавы устойчивы к воздействию кислот, коррозийных процессов, щелочей.
3. Сплавы используют для изготовления газовых турбин.
4. В быту изделия из сплавов никеля можно встретить в виде мебельной фурнитуры, кранов и смесителей.
5. Никель входит в состав сплавов, которые используются при изготовлении белого золота.

На основе этого материала изготавливаются никель-кадмиевые аккумуляторы. Соединения металлов многообразны и благодаря этому их используют в различных направлениях промышленности.