Сплав 24НХ

Сплав 24НХ — прецизионный железоникелевый сплав с добавками хрома, применяемый исключительно в качестве активного слоя термобиметаллов. Относится к VII группе прецизионных сплавов по ГОСТ 10994-74. Международное обозначение состава — FeNi23Cr2.

Назначение: активный слой термобиметалла

Термобиметалл — это соединение двух или более слоёв металлов с существенно различающимися ТКЛР, сваренных по всей плоскости контакта. При изменении температуры разность ТКЛР слоёв вызывает упругий изгиб пластины, величина которого пропорциональна перепаду температуры. На этом принципе работают все чувствительные тепловые элементы: реле, предохранители, термостаты, регуляторы, датчики.

Слой с бо́льшим ТКЛР называется активным — он обеспечивает изгиб биметалла. Слой с минимальным ТКЛР (инварный или полуинварный) называется пассивным. Сплав 24НХ — высокорасширяемый активный слой; его ТКЛР существенно выше 12·10⁻⁶ К⁻¹, что типично для активных компонентов термобиметаллов. Пассивный слой в парах с 24НХ выбирается из инварных сплавов с минимальным ТКЛР — 36Н, 42Н или 50Н.

Химический состав по ГОСТ 10994-74

Химический состав сплава 24НХ регламентирован ГОСТ 10994-74 (группа VII — составляющие термобиметаллов):

Элемент	Содержание, % (масс.)
Никель (Ni)	23–25
Хром (Cr)	2–3
Углерод (C)	0,25–0,35
Кремний (Si)	0,15–0,30
Марганец (Mn)	0,30–0,60
Фосфор (P)	не более 0,02
Сера (S)	не более 0,02
Железо (Fe)	основа

Суммарное содержание примесей — не более 1%, чистота сплава — не менее 99%.

Физические свойства сплава 24НХ

Сплав относится к ферромагнитным материалам на железоникелевой основе. Основные физические характеристики:

Свойство	Значение
Температура плавления	~1450 °C
Плотность при 20 °C	~8,1 г/см³
Модуль упругости	~200 ГПа
Коэффициент теплопроводности	~15 Вт/(м·К)
Удельная теплоёмкость	~460 Дж/(кг·К)
Удельное электросопротивление	~0,75–0,80 Ом·мм²/м

ТКЛР сплава 24НХ нормируется не для чистого сплава, а для готового биметалла через коэффициент чувствительности и удельный изгиб (см. ниже). Это принципиально: характеристика «расширяемости» имеет смысл только в паре с конкретным пассивным слоем.

Термобиметаллы с активным слоем 24НХ

Сплав 24НХ входит в состав трёх стандартных марок термобиметалла по ГОСТ 10533-86:

Марка термобиметалла	Активный слой	Пассивный слой	Коэффициент чувствительности, ·10⁻⁶ K⁻¹	Применение
ТБ138/80 (ТБ1423, ТБ3)	24НХ	36Н (инвар)	—	Реле-регуляторы, импульсные датчики, предохранители
ТБ107/71 (ТБ1132, ТБ32)	24НХ	42Н	16,0–19,0	Реле-регуляторы, импульсные датчики, предохранители
ТБ73/57 (ТБ0831, ТБ35)	24НХ	50Н	—	Термочувствительные элементы КИП и аппаратов

Обозначение марки термобиметалла расшифровывается так: буквы ТБ, затем удельный изгиб (°С⁻¹ · 10⁷), через косую черту — удельное электросопротивление (Ом·м · 10⁸). Например, ТБ107/71 имеет удельный изгиб 107 · 10⁻⁷ °С⁻¹ и удельное электросопротивление 71 · 10⁻⁸ Ом·м (0,71 Ом·мм²/м).

Максимальная рабочая температура определяется пассивным слоем. С пассивным слоем 36Н (ТКЛР сохраняется до ~100 °C) биметалл пригоден для умеренных температур; с 42Н или 50Н — до 300–400 °C. Нижний предел рабочей температуры для всех перечисленных марок — не ниже −60 °C.

Подробнее о прецизионных сплавах для термочувствительных элементов и КИП — в соответствующем разделе каталога.

Сортамент ленты по ГОСТ 10533-86

ГОСТ 10533-86 регламентирует готовую холоднокатаную ленту из термобиметалла — то есть уже соединённый двухслойный (или трёхслойный) материал, а не сплав 24НХ в чистом виде. Лента из биметаллов марок ТБ138/80, ТБ107/71 и ТБ73/57 поставляется в следующем сортаменте:

Параметр	Значение
Толщина ленты	0,1–2,0 мм (рулон); 0,1–2,5 мм (отрезки)
Ширина ленты	10–250 мм
Предельное отклонение по ширине (обрезная кромка)	±0,5 мм
Длина отрезков	500–1200 мм
Состояние поставки	Нагартованное (степень нагартовки 40–60%)

Предельные отклонения по толщине (отрицательные): от −0,015 мм (для толщин 0,10–0,15 мм) до −0,12 мм (для 2,30–2,50 мм).

Лента поставляется в рулонах (в том числе сварных) или отрезках. По физическим характеристикам лента может нормироваться по: удельному изгибу, коэффициенту чувствительности, удельному электросопротивлению или их сочетанию — в зависимости от условий заказа.

Механические свойства ленты по ГОСТ 10533-86

Нормативные механические свойства приведены для ленты в нагартованном состоянии (нагартовка 40–60%):

Толщина ленты, мм	Предел прочности σв, МПа, не менее	Относительное удлинение δ, %, не менее
0,05–0,10 включ.	980	2
Св. 0,10 до 0,20 включ.	980	3

Высокое значение предела прочности (≥ 980 МПа) обусловлено нагартованным состоянием ленты. Степень нагартовки влияет как на механические свойства, так и на упругие характеристики готового биметалла. По согласованию с потребителем лента может поставляться с иной степенью нагартовки.

Особенности эксплуатации

Сплав 24НХ и биметаллы на его основе допускают работу в воздухе, инертных газах, парах и нейтральных жидкостях. Содержание хрома в пределах 2–3% обеспечивает умеренную коррозионную стойкость в атмосферных условиях, однако не делает сплав высоколегированной нержавеющей сталью — при необходимости работы в агрессивных средах (растворы кислот, хлориды) требуется дополнительная защита.

Как и для ряда Fe-Ni аустенитных сплавов, для 24НХ характерна чувствительность к водородному охрупчиванию. При работе в средах с высоким содержанием водорода (в том числе при некоторых режимах сварки) необходимо учитывать риск снижения пластичности. Хлор, сера и фтор в среде при повышенных температурах нежелательны — вызывают коррозию.

Термочувствительные элементы из биметалла на основе 24НХ допускают стабилизирующую термическую обработку (режим по ГОСТ 10533-86, Приложение 2) для снятия остаточных напряжений и стабилизации геометрии.

Прецизионный сплав 29НК (ковар) — другой пример прецизионного сплава с нормируемым ТКЛР для точного приборостроения.

Нормативная документация

• ГОСТ 10994-74 — Сплавы прецизионные. Марки. Устанавливает химический состав сплава 24НХ (группа VII, табл. 7).
• ГОСТ 10533-86 — Лента холоднокатаная из термобиметаллов. Технические условия. Регламентирует сортамент, механические и физические свойства готовой ленты из термобиметаллов с активным слоем 24НХ.