32НК-ВИ сплав

Сплав поставляется под заказ.

Сплав 32НК-ВИ — прецизионный железоникелевый материал инварного семейства с добавкой кобальта (суперинвар), предназначенный для деталей, от которых требуется минимальное изменение линейных размеров при колебаниях температуры. Производится методом вакуумной индукционной плавки (суффикс «ВИ»), что обеспечивает пониженное содержание газов, неметаллических включений и примесей серы и фосфора по сравнению со стандартными инварными сплавами. Регламентируется ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки», группа III — сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР).

Физический механизм минимального ТКЛР

В сплавах инварного состава тепловое расширение кристаллической решётки частично компенсируется спонтанным магнитострикционным сжатием, которое уменьшается при нагреве. В узком диапазоне концентраций железо–никель–кобальт оба процесса почти взаимно уничтожают друг друга, обеспечивая результирующее расширение, близкое к нулю. Минимальный ТКЛР достигается при точном соблюдении химического состава и определённом структурном состоянии — остаточные напряжения и выделение примесей из твёрдого раствора смещают рабочую точку, увеличивая коэффициент.

Именно поэтому содержание углерода строго ограничено (до 0,03%): повышенный углерод изменяет параметры кристаллической решётки и магнитострикцию, а при пайке со стеклом приводит к выделению CO₂ и образованию пузырей в стекле. По той же причине 32НК-ВИ применяют там, где классический инвар 36Н недостаточно чист или нестабилен по ТКЛР.

Химический состав 32НК-ВИ по ГОСТ 10994-74

Основу сплава составляет железо (~61,5–64,5% — остаток по балансу), никель (31,5–33%) и кобальт (3,7–4,7%). Регламентируемые примеси и легирующие добавки:

Элемент	Содержание, %
Fe	Основа (~61,5–64,5)
Ni	31,5–33,0
Co	3,7–4,7
Si	до 0,3
Mn	до 0,4
Cr	до 0,1
C	до 0,03
S	до 0,015
P	до 0,015

Нормативы по сере и фосфору (≤0,015%) жёстче, чем у стандартного суперинвара 32НКД (≤0,020%), — именно благодаря вакуумной плавке. Чистота по неметаллическим включениям критически важна для применений, требующих полированной поверхности и пайки с оптическим стеклом.

Кобальт — единственный специально добавляемый элемент, обеспечивающий смещение точки минимального ТКЛР к комнатным температурам. В отличие от марки 32НКД, в составе 32НК-ВИ не регламентируется медь (отсутствует суффикс «Д»); в отличие от 35НКТ — отсутствует титан.

ТКЛР и влияние термической обработки

Нормируемые значения ТКЛР по диапазонам температур

Нормируемый ТКЛР сплава 32НК-ВИ по ГОСТ 10994-74 — не более 1,5×10⁻⁶ °С⁻¹ в диапазонах от −60 до +20°C и от +20 до +100°C. Это значение соответствует состоянию после нормализации или отжига. После закалки и отпуска ТКЛР снижается ниже нормативного значения; достигаемые на конкретной партии значения уточняются по нормативной документации на металлопродукцию. Сплав 32НК-ВИ в оптимальном структурном состоянии обеспечивает более низкий ТКЛР, чем стандартный суперинвар 32НКД вакуумной плавки, за счёт более жёстких требований к чистоте.

Закалка и отпуск

Стандартный режим: закалка с температуры 850±20°С (выдержка 30 минут, охлаждение в воде), затем отпуск при 315°С. Отпуск не упрочняет сплав — он частично снимает закалочные напряжения и стабилизирует структуру. Термическая обработка не является упрочняющей: повышение прочности достигается исключительно холодной пластической деформацией (наклепом).

Для деталей сложной конфигурации рекомендуется чередовать промежуточные отпуски при 315°С с этапами механической обработки, снимая накапливающиеся напряжения. Это особенно важно для штриховых мер длины и оптических компонентов, где недопустима последующая правка или механическое воздействие.

Применение в отожжённом состоянии

Для деталей, которые по конструктивным причинам нельзя закаливать (например, штриховые меры длины со сложным профилем), 32НК-ВИ применяют после нормализации или отжига. ТКЛР при этом соответствует нормативному (≤1,5×10⁻⁶ °С⁻¹), однако стабильность размеров у 32НК-ВИ в ненагруженном состоянии заметно выше, чем у 32НКД — за счёт пониженного содержания примесей вакуумной плавки.

Важное ограничение при криогенном применении: под влиянием напряжений (после закалки или деформации) в сплаве возможно γ→α мартенситное превращение ниже −70°С, которое вызывает резкий рост ТКЛР. Для криогенных трубопроводов и конструкций, работающих ниже −70°С, сплав следует применять в отожжённом ненагруженном состоянии.

Технологические свойства: обработка, пайка и сварка

Обработка давлением и резанием

Сплав 32НК-ВИ обрабатывается горячим и холодным давлением, а также резанием. Горячая деформация производится в температурном диапазоне, принятом для аустенитных сплавов данного класса. Холодная деформация (наклеп) является основным способом повышения прочности — термическая обработка прочность не увеличивает.

Пайка

Для пайки 32НК-ВИ с другими металлами и сплавами применяется серебросодержащий припой ПСр-40. Полированная поверхность сплава сохраняет стойкость к атмосферной коррозии при правильном обращении.

Сварка

При сварке 32НК-ВИ категорически недопустимо применение сварочной проволоки, содержащей хром, титан и марганец: присутствие этих элементов в шве увеличивает ТКЛР сварного соединения, что недопустимо для прецизионных конструкций.

Качественные сварные соединения получают автоматической сваркой под флюсом АН-26 с присадочной проволокой того же химического состава, что и основной металл. Ручная дуговая сварка допускается с теми же требованиями к присадке.

Применение сплава 32НК-ВИ

Сплав применяется в изделиях, где изменение линейных размеров при температурных колебаниях недопустимо или строго регламентировано:

• Эталонные и образцовые средства измерений: штриховые меры длины, концевые меры, эталонные шкалы — особенно те, которые нельзя закаливать и нельзя подвергать правке.
• Точное приборостроение и метрология: детали координатно-измерительных машин, корпусные элементы геодезических инструментов, компоненты лазерных интерферометров.
• Газовые лазеры: дистанционные элементы оптических резонаторов, требующие постоянства базы при температурных флуктуациях.
• Термобиметаллы: пассивный (малорасширяющийся) слой биметаллических элементов в системах термокомпенсации.
• Спаи с мягким стеклом: металлические вводы в вакуумные и газонаполненные приборы — ТКЛР сплава согласован с ТКЛР мягкого стекла в диапазоне рабочих температур.
• Криогенные трубопроводы: жёсткозакреплённые трубопроводы для транспортировки сжиженных газов (в отожжённом состоянии; см. ограничение по −70°С выше).
• Детали с полированной поверхностью: компоненты высокоточных оптических систем и поверочных приспособлений сложной конфигурации.

В семействе прецизионных сплавов с заданным ТКЛР 32НК-ВИ занимает нишу наиболее стабильного деформируемого суперинвара вакуумной выплавки. Смежная марка 31НК применяется там, где требуется пайка с более тугоплавкими стёклами при несколько более высоком допустимом ТКЛР.

Формы поставки и нормативная документация

Сплав 32НК-ВИ поставляется в виде листов и плит, лент (фольги), прутков и проволоки.

Нормативная документация: ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки». Химический состав сплавов группы III (с заданным ТКЛР) может быть незначительно скорректирован в технической документации на конкретную металлопродукцию для обеспечения требуемых значений ТКЛР — это норма ГОСТ, а не отступление от него.