Сплав 32НКД

Сплав 32НКД — прецизионный железоникелькобальтовый материал из группы III по ГОСТ 10994-74 (сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения). Относится к суперинварам: содержание кобальта и меди снижает ТКЛР до значений, значительно меньших, чем у классического инвара 36Н. Основное назначение — детали приборов очень высокой точности, от которых при эксплуатации требуется постоянство размеров в диапазоне климатических температур от −60 до +100 °C.

Химический состав сплава 32НКД по ГОСТ 10994-74

Основу сплава 32НКД составляет железо. Легирующие элементы и допустимое содержание примесей регламентированы ГОСТ 10994-74. Химический состав является факультативным — определяющим критерием служат фактические значения ТКЛР готовой продукции.

C	Si	Mn	Ni	Co	Cu	S	P	Fe
до 0,05	до 0,2	до 0,4	31,5–33,0	3,2–4,2	0,6–0,8	до 0,015	до 0,015	основа

Содержание никеля (~32 %) и кобальта (~4 %) — ключевые параметры, определяющие величину ТКЛР. Медь (0,6–0,8 %) дополнительно стабилизирует аустенитную структуру и способствует снижению коэффициента расширения. Углерод, кремний, марганец, сера и фосфор — примеси, содержание которых жёстко ограничено: даже незначительное превышение допустимых значений может существенно изменить величину ТКЛР.

Физические свойства суперинвара 32НКД

Параметр	Значение
Плотность	8150–8200 кг/м³
Температура плавления	1450 °C
Модуль упругости (Е)	144 ГПа
Удельное электросопротивление (20 °C)	780 нОм·м
Коэффициент Пуассона	0,23
ТКЛР (от −60 до +100 °C), не более	1,0 × 10⁻⁶ 1/°C

Главное свойство сплава 32НКД — крайне низкий температурный коэффициент линейного расширения. По нормам ГОСТ 10994-74 для диапазона от −60 до +100 °C ТКЛР не должен превышать 1,0 × 10⁻⁶ 1/°C. На практике после оптимальной термической обработки достигаются значения порядка 0,5–0,6 × 10⁻⁶ 1/°C, что в несколько раз ниже, чем у классического инвара 36Н (до 1,5 × 10⁻⁶ 1/°C), и на порядок ниже, чем у конструкционных сталей.

Природа инварного эффекта

Низкое тепловое расширение суперинвара объясняется спонтанной объёмной магнитострикцией. При нагреве обычное тепловое расширение кристаллической решётки компенсируется магнитострикционным уменьшением объёма, связанным с изменением магнитного состояния сплава. В результате суммарное изменение размеров близко к нулю в рабочем диапазоне температур. Добавление кобальта и меди к системе Fe–Ni смещает минимум ТКЛР ближе к нулю по сравнению с бинарным сплавом 36Н.

Механические свойства сплава 32НКД

Параметр	Значение (состояние отжига)
Предел прочности (σв)	440–480 МПа
Предел текучести (σ0,2)	~275 МПа
Относительное удлинение (δ5)	38–45 %
Твёрдость HRB	~75 (отжиг) / ~90 (наклёп)

Сплав 32НКД характеризуется умеренной прочностью и высокой пластичностью в отожжённом состоянии. Высокое относительное удлинение (до 45 %) обеспечивает хорошую способность к холодной пластической деформации — вытяжке, гибке, формовке тонкостенных деталей. Для повышения прочности применяется холодная деформация (наклёп), которая увеличивает твёрдость до ~90 HRB.

Термическая обработка суперинвара 32НКД

Термическая обработка критически влияет на величину ТКЛР сплава 32НКД. Конечная цель — формирование стабильной аустенитной структуры с минимальным коэффициентом расширения и снятие остаточных напряжений.

Отжиг

Нагрев до 788 °C (1450 °F), выдержка из расчёта 30 минут на дюйм (25 мм) сечения, охлаждение на воздухе. Отжиг снимает напряжения от холодной обработки и восстанавливает пластичность. Нагрев выше 540 °C эффективно устраняет последствия наклёпа; чем выше температура, тем ниже твёрдость после обработки.

Обработка для достижения минимального ТКЛР

Для получения наименьшего значения ТКЛР и максимальной размерной стабильности рекомендуется трёхступенчатый режим: закалка от 843 °C (1550 °F) с выдержкой 1 час и охлаждением в воду; отпуск при 315 °C (600 °F) в течение 1 часа с охлаждением на воздухе; старение при 93 °C (200 °F) в течение 24 часов с охлаждением на воздухе. Такой режим стабилизирует аустенит, предотвращает мартенситные превращения при низких температурах и обеспечивает воспроизводимость размеров в эксплуатации.

Температура начала мартенситного превращения (М_s) составляет около −80 °C. Термическая обработка должна гарантировать, что при рабочих температурах (до −60 °C) мартенситное превращение не происходит, иначе свойства низкого расширения необратимо утрачиваются.

При температурах выше ~540 °C сплав интенсивно окисляется, поэтому нагрев проводят в защитной атмосфере (вакуум, водород, диссоциированный аммиак, инертные газы). Механическая обработка (резка, фрезерование, формовка) вносит напряжения, влияющие на ТКЛР, поэтому термообработку выполняют максимально близко к финишному размеру детали.

Коррозионная стойкость

Сплав 32НКД не является коррозионностойким в общепринятом смысле. В атмосферных условиях после полировки поверхности материал демонстрирует удовлетворительную стойкость к окислению. Однако при эксплуатации в агрессивных или влажных средах поверхность изделий необходимо защищать — гальваническим покрытием, лакокрасочными материалами или другими методами.

Обработка резанием

По обрабатываемости сплав 32НКД близок к аустенитным нержавеющим сталям типа AISI 316. Стружка при обработке вязкая и склонна к налипанию. Рекомендуется использовать острый инструмент с геометрией, применяемой для аустенитных нержавеющих сталей, и СОЖ с противозадирными присадками. Наклёпанный материал обрабатывается несколько лучше, чем отожжённый. После механической обработки необходимо удалить остатки СОЖ, содержащей серу, во избежание межзеренного охрупчивания.

Применение сплава 32НКД

Сплав 32НКД предназначен для деталей приборов, требующих постоянства размеров в интервале климатических температур. Типичные области применения: эталонные меры длины, калибры, шаблоны; конструктивные элементы оптических и лазерных систем (подложки, опоры, корпуса); геодезическое и астрономическое оборудование; волноводные трубки; газонепроницаемые (шлифовые) соединения металла с кварцевым стеклом; детали координатно-измерительных машин и другого метрологического оборудования.

Формы поставки прецизионного сплава 32НКД

Прокат из сплава 32НКД поставляется по следующим стандартам:

Вид продукции	Нормативный документ
Прутки кованые, горячекатаные, шлифованные; листы горячекатаные	ГОСТ 14082-78
Лента	ГОСТ 14080-78
Прокат стальной горячекатаный круглый	ГОСТ 2590-2006
Прокат стальной горячекатаный квадратный	ГОСТ 2591-2006
Сталь качественная круглая со специальной отделкой поверхности	ГОСТ 14955-77

Горячекатаные прутки поставляются диаметром (стороной квадрата) от 8 до 200 мм, длиной от 0,5 до 6,0 м. Прутки и листы поставляются без термической обработки и травления — режим финишной термообработки выбирает потребитель в зависимости от требований к ТКЛР конкретного изделия. Химический состав сплава и содержание газов должны соответствовать ГОСТ 10994-74.

Позиция «сплав 32НКД» — заказная. Для уточнения сроков, наличия и условий поставки направьте запрос через форму на сайте или по контактным данным на странице «Контакты».