Сплав 33НК-ВИ

Сплав 33НК-ВИ — прецизионный железоникелькобальтовый сплав группы III по ГОСТ 10994-74: сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР). Основное функциональное назначение — обеспечение согласованного расширения с неметаллическими материалами (стекло, керамика, слюда) в диапазоне рабочих температур.

Суффикс «-ВИ» обозначает способ выплавки — вакуумно-индукционный переплав. Химический состав сплавов 33НК и 33НК-ВИ по ГОСТ 10994-74 одинаков; разница только в методе производства. Сплав 33НК-ВИ отличается более чистым химическим составом по газам и неметаллическим включениям.

Ограничения по применению

По ГОСТ 10994-74 (примечание 6 к таблице марок): сплавы 33НК и 33НК-ВИ не допускаются к применению во вновь создаваемой и модернизируемой технике с 01.01.1991 года.

Это означает, что сплав продолжает применяться в действующем оборудовании и при восстановительном ремонте, однако не может закладываться в новые конструкции и технологии. При проектировании новых изделий следует рассматривать функционально близкие марки с аналогичным диапазоном ТКЛР — например, сплав 29НК.

Химический состав 33НК-ВИ по ГОСТ 10994-74

Элемент	Содержание, % (масс.)
Железо (Fe)	48,22–51,0 (основа)
Никель (Ni)	32,5–33,5
Кобальт (Co)	16,5–17,5
Марганец (Mn)	до 0,4
Кремний (Si)	до 0,3
Углерод (C)	до 0,05
Фосфор (P)	до 0,015
Сера (S)	до 0,015

Никель формирует характеристическую кривую ТКЛР в железоникелевой системе, кобальт обеспечивает устойчивость ТКЛР в широком диапазоне температур и позволяет поднять точку перегиба по сравнению с двойными Fe–Ni сплавами. Именно трёхкомпонентная система Fe–Ni–Co обеспечивает более плоскую зависимость ТКЛР от температуры в рабочем диапазоне.

Физические и механические свойства при 20 °C

Свойство	Значение
Плотность	8,2 г/см³
Температура плавления	1450–1500 °C
Временное сопротивление нагартованной ленты (σв)	не более 930 МПа (по ГОСТ 14080-78)
Модуль нормальной упругости (E)	~142 ГПа (1,42·10⁵ МПа)
Удельное электрическое сопротивление (ρ)	~0,43 Ом·мм²/м
Теплопроводность (λ)	~15 Вт/(м·°C)

Значение σ_в ≤ 930 МПа является верхней нормой по ГОСТ 14080-78 для нагартованной ленты; по требованию потребителя лента поставляется с σ_в ≤ 780 МПа. Мягкая лента нормируется отдельно.

ТКЛР сплава 33НК по температурным интервалам

Ключевой нормируемый параметр сплава — средний ТКЛР (α_ср, ×10⁻⁶ К⁻¹) в диапазоне от −70 до +470 °C: значение находится в пределах 6,0–9,0 ×10⁻⁶ К⁻¹. При превышении температуры точки перегиба (не ниже 470 °C) ТКЛР резко возрастает — сплав выходит из рабочего диапазона.

Справочные значения среднего ТКЛР в интервале от 20 °C до указанной температуры (α_ср·10⁶, 1/К):

Температура (°C)	ТКЛР αср·10⁶ (К⁻¹)
−100	8,3
−20	7,9
+100	8,3
+200	8,2
+300	7,8
+400	7,6
+500	7,8
+600	9,0
+700	10,1
+800	10,9

Обратите внимание: в диапазоне 300–400 °C ТКЛР проходит через минимум (~7,6·10⁻⁶ К⁻¹), затем плавно растёт до точки перегиба, после которой характер расширения меняется. Температура точки перегиба — нормируемый параметр; по ГОСТ 14080-78 она должна быть не ниже 470 °C.

Термическая обработка

Для получения заданных значений ТКЛР изделия и полуфабрикаты из сплава 33НК-ВИ подвергают отжигу в водороде, вакууме или контролируемой защитной атмосфере при температуре 940–980 °C с последующей регламентированной выдержкой и медленным охлаждением. Режим термической обработки определяет конечные значения ТКЛР: отступление от режима приводит к смещению значений за пределы нормы.

Макроструктура прутков из сплава 33НК не должна содержать расслоений, усадочной раковины, рыхлости, инородных включений и трещин.

Применение сплава 33НК-ВИ

Сплав предназначен для изготовления деталей узлов спаивания и склеивания с неметаллическими материалами, ТКЛР которых близок к значениям сплава в рабочем диапазоне:

• спайка с мягким электровакуумным стеклом марки С72-4;
• соединение с алюмооксидной и другими техническими керамиками;
• соединение со слюдой.

Типичные изделия: металлические вводы, фланцы, арматура электровакуумных приборов (ЭВП) — в тех конструкциях, разработанных до 1991 года, где применение сплава зафиксировано конструкторской документацией.

При выборе сплава для спаев «металл–стекло» и «металл–керамика» ключевой критерий — не само значение ТКЛР, а его совпадение с ТКЛР конкретного стекла или керамики в диапазоне рабочих температур и температур пайки. Перед применением необходимо убедиться, что кривые ТКЛР сплава и стекла/керамики достаточно близки по всему диапазону, а не только в одной точке.

Формы поставки и нормативная документация

Нормативные документы, регламентирующие химический состав и поставку:

• ГОСТ 10994-74 — прецизионные сплавы, марки (химический состав);
• ГОСТ 14080-78 — холоднокатаная лента из прецизионных сплавов с заданным ТКЛР, толщиной 0,1–2,5 мм, нагартованная или мягкая.

Сплав 33НК-ВИ поставляется в виде:

• холоднокатаной ленты толщиной 0,1–2,5 мм (ГОСТ 14080-78);
• прутков (сортовой прокат);
• проволоки.

Для уточнения наличия, допустимых типоразмеров и условий поставки — направьте заявку.