Metallurgiatööstus mängib iga inimese elus olulist rolli, sest iga päev tuleb kokku puutuda erinevate metalltoodetega. Ja need on valmistatud erinevatest sulamitest, mis saadakse sulatamise teel. Nende materjalide valmistamisel kasutatakse vähem alt kahte metalli, omaduste parandamiseks kasutatakse spetsiaalseid lisandeid. Selles artiklis käsitletakse mitmeid raua-nikli sulameid, nende omadusi ja rakendusi.
Raua omaduste kohta
Puhas raud on hõbehalli värvi ning tempermalmist ja tempermalmist. Looduses leiduvatel looduslikel valuplokkidel on selgelt väljendunud metalliline läige ja märkimisväärne kõvadus. Materjali kõrgusel ja elektrijuhtivuse juures kannab see vabade elektronide abil kergesti voolu üle. Metall on keskmise tulekindlusega, pehmeneb temperatuuril +1539 kraadi Celsiuse järgi ja kaotab oma ferromagnetilised omadused. See on keemiliselt aktiivne element. Norma altemperatuuril reageerib see kergesti ja kuumutamisel need omadused paranevad. Õhus kaetakse see oksiidkilega, mis takistab reaktsiooni jätkumist. Niiske keskkonnaga kokkupuutelilmub rooste, mis ei takista enam korrosiooni. Kuid vaatamata sellele kasutatakse rauda ja selle sulameid laialdaselt.
Natuke ajalugu
Invar on raua ja nikli sulam, mis sisaldab 36% legeerivat lisandit. Selle avastas esmakordselt Prantsusmaal 1896. aastal füüsik Charles Guillaume. Sel ajal töötas ta odava metalli otsimisel massi ja pikkuse mõõtmise standardite jaoks, mis olid valmistatud väga kallist plaatina-iriidiumi sulamist. Tänu sellele avastusele sai teadlane 1920. aastal Nobeli füüsikaauhinna.
Sõna "invar" tähendab ladina keeles muutumatut. See tähendab, et raua-nikli sulami soojuspaisumistegur jääb konstantseks laias temperatuurivahemikus - -80 kuni 100 kraadi Celsiuse järgi. Sellel sulamil on veel mitu nimetust: nilvar, vakodüül, nilosulam, radiometall. Invar on firma Imphy Alloys Inc. kaubamärk, mis kuulub Arcelor Mittal terase kontsernile.
Raua-nikli sulam
Raua omaduste parandamiseks saadakse erinevaid lisandeid kasutades sulameid. Teadlased uskusid, et metallide termodünaamilisi omadusi arvesse võttes poleks raske saada raua-nikli sulamit. Kuid praktikas tekkis neil probleeme. Metallide interaktsiooni käigus, raua ja nikli sulami valmistamisel, läheb külgoksüdatsiooni tulemusena kahevalentsest olekust raud kolmevalentsesse olekusse.
Selle tulemusena väheneb sulami saagis ja teatud füüsikalised omadused halvenevad. Selle probleemi lahendamiseks lisatakse elektrolüüdile amiine ja orgaanilisi happeid, mis moodustavad raudraudaga vähelahustuvaid ühendeid. Sellega seoses muutub sademe elastsus paremaks ja selle ühtlaseks jaotumiseks segatakse elektrolüüdid. Saadud raua ja nikli sulamit nimetatakse invar.
Invari sulami kasutamine
Ebaoluline soojuspaisumise koefitsient võimaldab seda kasutada tootmiseks:
- pilliosad;
- lint ja traat geodeetilisteks töödeks;
- Laseri tugistruktuurid;
- kellamehhanismide osad, kronomeetri pendlid;
- v altstooted: kuumv altsitud latt ja leht, külmv altsitud riba, õmblusteta torud, sepistatud vardad.
Tugevuse suurendamiseks teostatakse raua-nikli sulami külmplastiline deformatsioon ja seejärel madalatemperatuuriline kuumtöötlus. Suurema korrosioonikindluse tagamiseks tavalistes atmosfääritingimustes poleeritakse selle pind ja kantakse kaitsekiht, kui toode on ette nähtud kasutamiseks agressiivses keskkonnas. Invari korrosioonivastased omadused suurenevad ka siis, kui selle koostisele lisatakse umbes 12% kroomi, kuid see säilitab 100 kraadini kuumutamisel püsiva elastsuse.
Magnetisulamid
Neid sulameid kasutatakse laialdaselt elektrotehnikas. Neid kasutatakse püsimagnetite, trafosüdamike,elektrilised mõõteriistad, elektromagnetid. Inimesed on juba ammu teadnud, et raud on magnetiline ja seetõttu on sellel palju kasutusvõimalusi.
Palju hiljem avastati, et sama omadus on omane niklile ja mõnele teisele metallile. Raua ja nikli magnetsulamist valmistatud tooted suudavad säilitada oma magnetvälja ka siis, kui välist enam ei esine. Pealegi on see isiklik väli taas võimeline mõjutama teisi magnetkehi.
Nikkel, koob alt ja nende sulamid
Koob alt ja nikkel on raua alarühma elemendid. Kõigil kolmel elemendil on sarnased omadused, kuid on ka olulisi erinevusi. Mõlemad metallid on rauast tihedamad ning palju kõvemad ja tugevamad kui raud. Need on keemiliselt vähem aktiivsed, erinevad korrosioonikindluse poolest. Lisaks hinnatakse metalle nende suurema vastupidavuse tõttu gaasi korrosioonile.
Koob alti ja nikli puudusteks on nende kõrge toksilisus ja märkimisväärne hind võrreldes rauaga. Nad leiavad oma rakenduse süsinikterasest ja rauast valmistatud toodete korrosioonivastaseks väliskatteks elektrokeemiliste reaktsioonide abil. Samuti kasutatakse neid komponentide ja osade valmistamiseks, mis nõuavad suuremat tugevust ja kõvadust. Märkida tuleb raua-, nikli- ja koob altisulamite erilist tähtsust, mida nimetatakse koinvariks, invariks, supermalloiks, permalloiks ja mallojaks. Nende peamine eelis seisneb kõrgesmagnetilised omadused. Neid sulameid kasutatakse mitmesuguste elektromagnetiliste seadmete magnetahelate tootmiseks.
Alloy Kovar
Segu koosneb suurepäraste mehaaniliste omadustega metallidest. Neid on lihtne töödelda, neid on lihtne rullida, avada, sepistada ja tembeldada. Ja koob alti, nikli ja raua sulamit nimetatakse muidu kovariks. Hästi valitud keemiliste elementide kombinatsioon annab materjalile suurepärased omadused. Sellel sulamil on hea soojusjuhtivus, kõrge elektritakistuse koefitsient ja laias temperatuurivahemikus nullilähedased lineaarsed paisumisindeksid. Ainsaks puuduseks on madal korrosioonikindlus märjas keskkonnas, seetõttu kasutatakse sageli hõbedast kaitsekatteid. Kovarit kasutatakse tööstuses laialdaselt järgmiste toodete valmistamiseks:
- torud, lindid ja juhtmed;
- kondensaatorid;
- seadmete korpused mõõteriistades;
- üksikasjad raadioelektroonikas;
- juhtumid elektrovaakumitööstuses.
Sulam sisaldab kallist koob altit ja niklit, mis tõstab materjali maksumust, kuid hea jõudlus ja pikk kasutusiga katavad alginvesteeringu.
Alni sulamid
Alni on raua-nikli-alumiiniumi magnetsulamite rühmanimi. Alumiiniumi ja nikli kontsentratsiooni suurenemisega teatud piirides jääk-induktsioon väheneb ja sundjõud suureneb. Kõige sagedamini kasutatavad sulamid, milles alumiinium 11-st18% ja nikkel - 20-34%. Selliste sulamite peamised omadused on elektrijuhtivus, soojusjuhtivus ja plastilisus. Neid kõiki iseloomustab hea keevitamine.
Sulamite kasutamiseks magnetite valmistamisel legeeritakse need koob alti ja vasega. Sel juhul omandab materjal kõvaduse ja rabeduse ning sellel on jämedateraline struktuur. Alni sulameid kasutatakse pikka aega kõrgel temperatuuril üle 1000 kraadi Celsiuse järgi töötavate gaasiturbiinide ja reaktiivmootorite osade konstruktsioonimaterjalina, hoides metalli kahjustamata.
Järeldus
Kõik kaasaegses tööstuses laialdaselt kasutatavad metallid on sulamid. Näiteks peaaegu kogu maailmas toodetav raud kasutatakse raua ja terase tootmiseks. Seda võib seletada asjaoluga, et sulameid iseloomustavad paremad omadused kui metallidel, millest need on saadud. Tuleb märkida, et tööstuses toodetud sulamitel on nende jaoks ühised omadused: tugevus, kõvadus, elastsus ja plastilisus. Ja raud-nikli omadel on ka magnetilised omadused, mida tootmise käigus täiendav legeerimine suurendab.
