Сплав 36Н-ВИ

Сплав 36Н-ВИ — прецизионный железоникелевый сплав с аномально низким температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР). Относится к группе инварных сплавов, регламентирован ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки». Суффикс «ВИ» означает вакуумно-индукционную выплавку, обеспечивающую пониженное содержание газовых примесей по сравнению с открытой выплавкой (см. сплав 36Н — базовая марка того же состава).

Химический состав по ГОСТ 10994-74

Основа сплава — система железо–никель; содержание никеля строго нормировано в диапазоне 35–37 %, остальные элементы ограничены как примеси.

^* Нормируется только для марок вакуумно-индукционной выплавки согласно ГОСТ 10994-74.

Зарубежные аналоги

Главное свойство: ТКЛР и температурная стабильность

ТКЛР — основная нормируемая характеристика инвара. По ГОСТ 10994-74 в диапазоне от −60 до +100 °C значение ТКЛР для сплава 36Н-ВИ не должно превышать 1,5 × 10⁻⁶ °C⁻¹. Типичное значение для стандартного состава составляет около 1,2 × 10⁻⁶ °C⁻¹ в диапазоне −20…+100 °C — примерно в 10 раз ниже, чем у конструкционных углеродистых сталей.

Физическая причина инварного эффекта — аномальный объёмный магнитострикционный вклад, компенсирующий обычное тепловое расширение кристаллической решётки. Этот эффект существует только ниже точки Кюри сплава (~230 °C): при более высоких температурах ТКЛР резко возрастает до значений, характерных для обычных железоникелевых сплавов. Поэтому инвар работает как размерно-стабильный материал исключительно в диапазоне климатических и умеренно повышенных промышленных температур.

Физические и механические характеристики

Значения приведены для температуры 20 °C, если не оговорено иное.

^** Значение 930 МПа нормируется ГОСТ 14080-78 только для нагартованной холоднокатаной ленты. В полностью отожжённом состоянии (прутки, листы) предел прочности составляет типично 450–550 МПа.

Коррозионная стойкость в атмосферных условиях и нейтральных средах удовлетворительная — лучше, чем у углеродистых сталей, но значительно ниже, чем у нержавеющих. При длительном контакте с влагой без защитного покрытия поверхностное окисление возможно. В кислотных и сильноокислительных средах применение требует отдельной оценки.

Вакуумно-индукционная выплавка: чем отличается 36Н-ВИ от 36Н

Оба сплава имеют одинаковый нормированный химический состав по основным элементам. Различие — в методе выплавки и дополнительных ограничениях на газовые примеси.

Вакуумно-индукционный процесс снижает содержание растворённых газов и оксидных включений до уровней, недостижимых при открытой плавке. Для марок ВИ ГОСТ 10994-74 устанавливает предельные значения: O ≤ 0,008 %, N ≤ 0,010 %, H ≤ 0,001 %. Это обеспечивает:

• меньший разброс ТКЛР в пределах партии и плавки;
• более однородную структуру, снижающую вероятность локальных отклонений свойств;
• улучшенную технологичность при сварке и холодной деформации.

Для большинства приборостроительных применений, где нужен гарантированный минимальный ТКЛР, предпочтителен вариант ВИ. В составе термобиметаллов (пассивный слой) и в менее критичных конструкциях допускается применение стандартного 36Н открытой выплавки.

Термическая обработка для максимальной размерной стабильности

Для достижения минимального значения ТКЛР и долгосрочной стабильности размеров применяют двухступенчатый режим:

1. Нагрев до 830–840 °C с выдержкой и последующим быстрым охлаждением в воде — фиксация однородной аустенитной структуры, снятие гетерогенности состава.
2. Стабилизирующий отжиг при 300–315 °C, 1 час, с медленным охлаждением в выключенной печи или закрытом контейнере — завершение стабилизации структуры и снятие остаточных термических напряжений.

Первый этап не является упрочняющей закалкой: твёрдость после обработки практически не меняется. Цель — стабилизация кристаллической структуры, а не создание мартенсита. Если к изделию не предъявляются предельно жёсткие требования по ТКЛР, достаточно полного отжига при 830–900 °C с медленным охлаждением в печи.

После любой финальной механической обработки (точение, шлифование, резка) рекомендуется повторный стабилизирующий отжиг: технологические напряжения смещают геометрические характеристики детали за пределы допуска при последующих температурных циклах.

Области применения сплава 36Н-ВИ

Точное приборостроение и метрология

Детали барографов, высотомеров, точных часовых механизмов, геодезические рейки и мерные проволоки, эталоны длины. Малый ТКЛР позволяет избежать систематических температурных погрешностей при измерениях в диапазоне климатических температур без введения поправок.

Лазерная техника и оптические системы

Несущие конструкции лазерных резонаторов, корпуса и оправы оптических систем, держатели зеркал и линз, волноводы, корпусные элементы лазерных диодов. Размерная нестабильность несущих элементов вызывает расстройку резонатора и смещение оптической оси, поэтому ТКЛР — критический параметр конструкции.

Термобиметаллы

Сплав 36Н-ВИ используется как пассивный (малорасширяющийся) слой в термобиметаллических лентах совместно с высокорасширяющимися сплавами — 75ГНД, 24НХ, 20НГ, 19НХ. Разность ТКЛР двух слоёв обеспечивает изгиб ленты при изменении температуры и является рабочим принципом тепловых реле, импульсных датчиков температуры, термостатов, автоматических выключателей.

Криогенные системы и транспортировка СПГ

Мембранные резервуары и трубопроводы для хранения и транспортировки сжиженного природного газа (СПГ) при температурах до −162 °C и ниже. При охлаждении конструкции из обычных сталей сжимаются на несколько миллиметров на метр, создавая разрушающие напряжения в сварных соединениях жёсткозакреплённых трубопроводов. Малый ТКЛР инвара снижает эти напряжения до приемлемого уровня.

Технологическая оснастка для полимерных композиционных материалов

Формообразующая оснастка, шаблоны и калибры для производства деталей из углеродных и стеклянных композитов (ПКМ). ТКЛР углеродных ПКМ составляет 0–3 × 10⁻⁶ °C⁻¹ — близко к значению инвара. Это позволяет избежать деформации оснастки при отверждении деталей в автоклаве и обеспечить точность готовых изделий.

Формы поставки и нормативные документы

Условия поставки, минимальные партии и сроки — по запросу.