Сплавы никеля

Сплавы никеля различных марок и форм.

Никелевые сплавы представляют собой обширную группу конструкционных материалов с уникальными физико-механическими свойствами. В промышленности применяется несколько тысяч марок, различающихся по составу и назначению. Основные классы: жаропрочные (нихром, нимоник, инконель), прецизионные с особыми физическими свойствами (инвар, пермаллой, элинвар), коррозионностойкие (монель, хастелой), термоэлектродные (хромель, алюмель, копель, константан) и электротехнические (мельхиор, нейзильбер, манганин).

Прецизионные сплавы с заданным температурным коэффициентом расширения

Инвар (сплав 36Н)

Инвар — железоникелевый сплав с минимальным коэффициентом теплового расширения. Химический состав по ГОСТ 10994-74: никель 35–37%, железо — основа (~62–64%), углерод до 0,05%, марганец 0,3–0,6%. ТКЛР составляет около 1,2×10⁻⁶/°C в диапазоне от −20 до +100°C. Особо чистые марки (с содержанием кобальта менее 0,1%) имеют ТКЛР до 0,6×10⁻⁶/°C. Плотность 8130 кг/м³, температура плавления 1425°C.

Применение: эталоны длины, геодезические проволоки, детали часовых механизмов, барографов, высотомеров, несущие конструкции лазеров, мембранные ёмкости для СПГ. Поставляется в виде ленты, проволоки, прутков.

Суперинвар (сплав 32НКД)

Модификация инвара с добавлением кобальта для достижения ещё более низкого ТКЛР. Состав: никель ~32%, кобальт ~4–5%, железо — основа. Применяется в особо точных измерительных приборах.

Ковар (сплав 29НК)

Прецизионный сплав железо-никель-кобальт. Состав по ГОСТ 10994-74: никель 29%, кобальт 17%, железо — основа (~54%). Коэффициент линейного расширения согласован с боросиликатным стеклом, что позволяет создавать герметичные металлостеклянные спаи. Применяется в электровакуумной технике для выводов и корпусов электронных приборов.

Магнитомягкие сплавы — пермаллои

Пермаллой (сплавы 50НП, 79НМ, 80НХС)

Класс железоникелевых сплавов с высокой магнитной проницаемостью, низкой коэрцитивной силой и минимальными потерями на гистерезис. Содержание никеля от 45 до 83% в зависимости от марки. Сплав 50НП содержит ~50% Ni; 79НМ — около 79% Ni с добавкой молибдена. Поставляется в виде ленты толщиной 0,003–0,5 мм.

Применение: магнитопроводы трансформаторов, магнитные экраны, сердечники дросселей, техника связи, радиоэлектроника.

Сплавы с заданными упругими свойствами

Элинвар (сплав 36НХТЮ, ЭИ702)

Класс железоникелевых сплавов, упругие свойства которых слабо зависят от температуры. Состав: никель 35–37%, хром ~8%, с добавками титана и алюминия. Модуль упругости остаётся практически постоянным в широком диапазоне температур.

Применение: пружины хронометров и часовых механизмов, камертоны, мембраны измерительных приборов, упругие элементы, работающие при переменных температурах.

Жаропрочные и жаростойкие никелевые сплавы

Нихром (Х20Н80, Х15Н60)

Группа жаростойких никель-хромовых сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Химический состав по ГОСТ 10994-74: марка Х20Н80 содержит никель ~75–78%, хром 20–23%; марка Х15Н60 — никель 55–61%, хром 15–18%, железо до 25%. Рабочая температура до 1100–1200°C. Плотность 8,2–8,4 г/см³, температура плавления 1390–1400°C.

Дополнительно легируются кремнием, алюминием для повышения жаростойкости. Марки с индексом «Н» (Х20Н80-Н) содержат ниобий и цирконий для улучшения долговечности. Нихром устойчив в окислительной атмосфере, азоте, аммиаке, но не стоек к сернистым средам.

Применение: нагревательные элементы электропечей, ТЭНы, резистивные элементы, детали высокотемпературного оборудования. Поставляется в виде проволоки (диаметр 0,1–7,5 мм), ленты, прутков.

Инконель (сплавы типа ХН78Т)

Группа жаропрочных никель-хром-железных сплавов. Базовый состав: никель — основа (~70–76%), хром 14–17%, железо 6–10%. Легируется титаном, алюминием, молибденом для повышения жаропрочности. Рабочая температура до 900–1000°C.

Применение: детали газотурбинных и реактивных двигателей, теплообменное оборудование, камеры сгорания. Поставляется в виде листов, труб, прутков, поковок.

Нимоник

Группа жаропрочных никелевых сплавов с добавлением хрома (18–21%), титана (1,5–3%), алюминия (1–2%). Дополнительно легируется кобальтом, молибденом. Обеспечивает высокую прочность при температурах до 800–900°C.

Применение: лопатки турбин, диски и валы газотурбинных двигателей. Поставляется в виде прутков, поковок, листов.

Коррозионностойкие никелевые сплавы

Монель (НМЖМц28-2,5-1,5, Monel 400)

Семейство конструкционных никель-медных сплавов с высокой коррозионной стойкостью. Химический состав по ГОСТ 492-2006: никель+кобальт 63–70%, медь 27–34%, железо 1,5–3%, марганец до 2%. Температура плавления 1320–1350°C, рабочая температура до 500°C.

Стоек в морской воде, растворах солей, щелочах, разбавленных минеральных кислотах. Устойчив к фтору и плавиковой кислоте. Не горит в кислородной атмосфере.

Применение: химическое оборудование, теплообменники, насосы и клапаны для агрессивных сред, судовая арматура, нефтегазовое оборудование. Поставляется в виде листов, труб, прутков, проволоки.

Хастелой

Класс никелевых сплавов с молибденом, хромом и железом, обладающих исключительной коррозионной стойкостью в кислотах. Различные марки (B, C, G и др.) оптимизированы под конкретные агрессивные среды: соляную, серную, фосфорную кислоты.

Применение: оборудование химической промышленности, реакторы, трубопроводы для агрессивных сред. Поставляется в виде отливок, листов, прутков, труб, проволоки.

Термоэлектродные сплавы для термопар

Хромель (НХ9,5)

Никель-хромовый термоэлектродный сплав. Состав: никель — основа (~89–91%), хром 8,5–10%. Применяется как положительный электрод в термопарах типа ХА (хромель-алюмель) и ХК (хромель-копель). Диапазон измерения до 1100°C (кратковременно до 1300°C). Также используется для компенсационных проводов.

Алюмель (НМцАК 2-2-1)

Термоэлектродный сплав на основе никеля. Состав по ГОСТ 492-2006: никель — основа (~93–96%), алюминий 1,6–2,4%, марганец 1,8–2,7%, кремний 0,8–1,4%, кобальт 0,6–1,2%. Может легироваться цирконием и бором. Температура плавления 1440°C, удельное электросопротивление 0,32 Ом·мм²/м.

Применяется как отрицательный электрод термопар типа ХА (хромель-алюмель) и для компенсационных проводов. Поставляется в виде проволоки и ленты.

Копель (МНМц43-0,5)

Медно-никелевый термоэлектродный сплав. Состав: никель 42,5–44%, марганец 0,1–1%, медь — основа. Обладает максимальной термоЭДС в паре с хромелем (~6,95 мВ при 100°C). Применяется как отрицательный электрод в термопарах типа ХК (хромель-копель) и ТХК, а также для компенсационных проводов.

Константан (МНМц40-1,5)

Медно-никелевый сплав с минимальной температурной зависимостью электросопротивления. Состав по ГОСТ 492-2006: никель 39–41%, марганец 1–2%, медь — основа (~57–59%). Температура плавления около 1260°C, удельное электросопротивление ~0,5 мкОм·м. Плотность 8800–8900 кг/м³.

Название от латинского «constans» — неизменный, что отражает стабильность сопротивления. Ограничение: высокая термоЭДС (~40–50 мкВ/°C) в паре с медью не позволяет использовать в высокоточных резисторах.

Применение: реостаты, термопары (медь-константан, железо-константан, хромель-константан), компенсационные провода, электронагреватели с рабочей температурой до 500°C. Поставляется в виде проволоки диаметром 0,02–5 мм, ленты.

Электротехнические медно-никелевые сплавы

Мельхиор (МН19, МНЖМц30-1-1)

Коррозионностойкие медно-никелевые сплавы. Состав марки МН19 по ГОСТ 492-2006: никель+кобальт 18–20%, медь — основа (~78–82%). Марка МНЖМц30-1-1 содержит никель 29–33%, железо 0,5–1%, марганец 0,5–1%, медь — основа. Температура плавления 1170–1230°C.

Отличается высокой стойкостью в морской воде, привлекательным серебристым цветом, хорошей обрабатываемостью.

Применение: судовая арматура, конденсаторные трубки морских теплообменников, медицинские инструменты (плакировка), монеты, декоративные изделия, столовые приборы.

Нейзильбер (МНЦ15-20, МНЦ18-27)

Трёхкомпонентный сплав медь-никель-цинк. Состав: никель 5–35%, цинк 13–45%, медь — основа. Обладает серебристым оттенком, удовлетворительной электропроводностью, хорошими эстетическими свойствами.

Применение: электротехнические контакты, детали точной механики, медицинские инструменты, декоративные изделия, музыкальные инструменты (лады гитар), столовые приборы.

Манганин (МНМцАЖ3-12-0,3-0,3)

Сплав на основе меди с добавлением никеля 2,5–3,5% и марганца 11,5–13,5%. Обладает минимальной температурной зависимостью электросопротивления при комнатной температуре. Применяется для эталонных сопротивлений, измерительных приборов высокой точности, резисторов прецизионного класса.

Куниаль (МНА13-3, МНА6-1,5)

Сплавы медь-никель-алюминий с высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Куниаль А (МНА13-3): никель 12–15%, алюминий 2,3–3%. Куниаль Б (МНА6-1,5): никель 5,5–6,5%, алюминий 1,2–1,8%. Куниаль Б сохраняет пластичность при криогенных температурах.

Применение: пружины, детали криогенной техники, элементы приборов.

Сплавы с эффектом памяти формы

Нитинол (никелид титана, NiTi)

Интерметаллид никеля и титана с уникальным эффектом памяти формы и сверхупругостью. Состав: никель ~55%, титан ~45% (эквиатомное соотношение). Температура плавления 1240–1310°C, плотность 6,45 г/см³. Упругая деформация до 8–10%.

При нагреве деформированное изделие возвращается к «запомненной» форме, заданной термообработкой. Сложен в производстве: требует вакуумной плавки и точного соотношения компонентов.

Применение: медицинские стенты и имплантаты, ортодонтические дуги, актуаторы, устройства противопожарной защиты, соединители трубопроводов, аэрокосмическая техника.

Специальные никелевые сплавы

Платинит (сплав 46Н)

Железоникелевый сплав с коэффициентом расширения, близким к платине и стеклу. Состав: никель 42–46%, углерод до 0,15%, железо — основа. Применяется для металлостеклянных спаёв, изготовления биметаллических обмеднённых лент и проволоки для электровакуумных приборов.

ТД-никель

Дисперсно-упрочнённый никель с добавкой высокодисперсных оксидов тория (ThO₂). Обеспечивает высокую жаропрочность при температурах выше 1000°C. Применяется в аэрокосмической технике, газотурбинных двигателях.

Никель кремнистый (НК0,2, НК2,0)

Сплав никеля с кремнием. Поставляется в виде лент и полос. Применяется для деталей электротехнических приборов и устройств.

Никель марганцевый (НМц1, НМц2,5, НМц5)

Сплавы никеля с марганцем. Применяются для изготовления сеток управления ртутных выпрямителей.

Основные марки никелевых сплавов по ГОСТ

Медно-никелевые: МН0,6; МН16; МН19; МН25; МНА13-3; МНА6-1,5; МНЖ5-1; МНЖКТ5-1-0,2; МНЖМц10-1-1; МНЖМц28-2,5-1,5; МНЖМц30-1-1; МНМц40-1,5; МНМц43-0,5; МНМц68-4-2; МНМцАЖ3-12-0,3-0,3; МНЦ12-24; МНЦ15-20; МНЦ18-20; МНЦ18-27.

Никелевые и железоникелевые: НМЖМц28-2,5-1,5; НМц1; НМц2; НМц2,5; НМц5; НМцАК2-2-1; НХ9; НХ9,5; НК0,2.

Жаропрочные хромоникелевые: Х15Н55М16В; Х20Н80; Х20Н80-Н; Х15Н60; ХН55ВМТФКЮ; ХН78Т.

Прецизионные: 29НК; 32НКД; 36Н; 36НХТЮ; 42Н; 46Н; 47НД; 50НП; 79НМ; 80НХС.

Формы поставки никелевых сплавов

Прокат из никелевых сплавов поставляется в различных формах в зависимости от марки и назначения: проволока (диаметр от 0,02 до 12 мм), лента и фольга (толщина от 0,003 мм), листы и полосы, прутки и круги (диаметр до 140 мм), трубы бесшовные, поковки и отливки. Условия поставки и минимальные партии — по согласованию.