Металлургия өнеркәсібі әр адамның өмірінде маңызды рөл атқарады, өйткені күн сайын әртүрлі металл бұйымдарымен айналысуға тура келеді. Және олар балқыту арқылы алынатын әртүрлі қорытпалардан жасалған. Бұл материалдарды өндіруде кем дегенде екі металл пайдаланылады, ал қасиеттерін жақсарту үшін арнайы қоспалар қолданылады. Бұл мақалада бірнеше темір-никель қорытпалары, олардың қасиеттері мен қолданылуы қарастырылады.
Темірдің қасиеттері туралы
Таза темір күміс-сұр түсті және иілгіш және иілгіш. Табиғатта кездесетін табиғи құймалар айқын металдық жылтырға және айтарлықтай қаттылыққа ие. Материалдың биіктігі мен электр өткізгіштігі кезінде ол еркін электрондардың көмегімен токты оңай тасымалдайды. Металл орташа отқа төзімділікке ие, +1539 градус Цельсий температурасында жұмсарады және ферромагниттік қасиеттерін жоғалтады. Бұл химиялық белсенді элемент. Қалыпты температурада ол оңай әрекет етеді, ал қыздырылған кезде бұл қасиеттер күшейеді. Ауада ол оксидті пленкамен жабылады, бұл реакцияның жалғасуына жол бермейді. Ылғалды ортаға ұшыраған кездетот пайда болады, ол енді коррозияға жол бермейді. Бірақ, соған қарамастан, темір және оның қорытпалары кеңінен қолданылады.
Біраз тарих
Инвар - 36% легирленген қоспаны қамтитын темір мен никельдің қорытпасы. Оны алғаш рет 1896 жылы Францияда физик Шарль Гийом ашты. Бұл кезде ол өте қымбат платина-иридий қорытпасынан жасалған масса мен ұзындық өлшемдерінің эталондары үшін қымбат емес металды іздеумен айналысты. Осы жаңалықтың арқасында ғалым 1920 жылы физика бойынша Нобель сыйлығын алды.
«Инвар» сөзі латын тілінен аударғанда өзгермейтін дегенді білдіреді. Бұл темір-никель қорытпасының термиялық кеңею коэффициенті кең температура диапазонында – -80-ден 100 градус Цельсийге дейін тұрақты болып қалады дегенді білдіреді. Бұл қорытпаның бірнеше басқа атаулары бар: нилвар, вакодил, нило-қорытпа, радиометалл. Invar - Arcelor Mittal болат тобына тиесілі Imphy Alloys Inc. компаниясының сауда белгісі.
Темір-никель қорытпасы
Темірдің қасиеттерін жақсарту үшін әртүрлі қоспаларды қолдана отырып, қорытпалар алынады. Ғалымдар металдардың термодинамикалық қасиеттерін ескере отырып, темір-никель қорытпасын алу қиын болмайды деп есептеді. Бірақ іс жүзінде олар қиындықтарға тап болды. Металдардың әрекеттесуі кезінде темірдің никельмен қорытпасын алу кезінде бүйірлік тотығу процесінің нәтижесінде екі валентті күйдегі темір үш валентті күйге өтеді.
Нәтижесінде қорытпаның шығымы төмендеп, кейбір физикалық қасиеттері нашарлайды. Бұл мәселені шешу үшін электролитке аминдер мен органикалық қышқылдар қосылады, олар темір темірмен ерігіштігі төмен қосылыстар түзеді. Осыған байланысты тұнбаның серпімділігі жақсырақ болады және оның біркелкі таралуы үшін электролиттер араласады. Алынған темір мен никель қорытпасы инвар деп аталады.
Инвар қорытпасын пайдалану
Елеусіз термиялық кеңею коэффициенті оны өндірісте пайдалануға мүмкіндік береді:
- құрал бөліктері;
- геодезиялық жұмыстарға арналған таспа мен сым;
- Лазерлік тірек құрылымдар;
- сағат қозғалыстарының бөліктері, хронометр маятниктері;
- прокат өнімдері: ыстықтай илектелген штангалар мен қаңылтырлар, салқын илектелген жолақтар, жіксіз құбырлар, соғылған сырықтар.
Беріктікті арттыру үшін темір-никель қорытпасының суық пластикалық деформациясы орындалады, содан кейін төмен температуралы термиялық өңдеу жүргізіледі. Қалыпты атмосфералық жағдайларда коррозияға төзімділік үшін оның беті жылтыратылады және егер өнім агрессивті ортада пайдалануға арналған болса, қорғаныс қабаты қолданылады. Инвардың коррозияға қарсы қасиеттері оның құрамына шамамен 12% хром қосылғанда да артады, сонымен бірге ол 100 градусқа дейін қыздырғанда тұрақты серпімділігін сақтайды.
Магниттік қорытпалар
Бұл қорытпалар электротехникада кеңінен қолданылады. Олар тұрақты магниттерді, трансформатор өзектерін,электр өлшеу аспаптары, электромагниттер. Адамдар темірдің магнитті екенін бұрыннан біледі, сондықтан оның көптеген мақсаттары бар.
Біраз уақыттан кейін дәл осындай қасиет никельге және кейбір басқа металдарға тән екені анықталды. Темір мен никельдің магниттік қорытпасынан жасалған бұйымдар да сыртқы магнит өрісі болмаған кезде өзінің магнит өрісін сақтау мүмкіндігіне ие. Оның үстіне бұл жеке өріс тағы да басқа магниттік денелерге әсер ете алады.
Никель, кобальт және олардың қорытпалары
Кобальт пен никель темір топшасының элементтері болып табылады. Барлық үш элементтің ұқсас қасиеттері бар, бірақ айтарлықтай айырмашылықтар да бар. Екі металл да темірден тығыз, ал темірден әлдеқайда қатты және күшті. Олар химиялық тұрғыдан аз белсенді, коррозияға төзімділігімен ерекшеленеді. Сонымен қатар, металдар газ коррозиясына төзімділігі үшін бағаланады.
Кобальт пен никельдің кемшіліктері олардың жоғары уыттылығы және темірге қатысты айтарлықтай құны болып табылады. Олар электрохимиялық реакциялар арқылы көміртекті болаттар мен темірден жасалған бұйымдарды коррозияға қарсы сыртқы жабын үшін қолдануды табады. Сондай-ақ олар күшейтілген беріктік пен қаттылықты қажет ететін компоненттер мен бөлшектерді жасау үшін қолданылады. Коинвар, инвар, супермаллой, пермаллой және маллой деп аталатын темір, никель және кобальт қорытпаларының ерекше маңызын атап өткен жөн. Олардың басты артықшылығы жоғарыда жатырмагниттік қасиеттер. Бұл қорытпалар әртүрлі электромагниттік құрылғыларға арналған магниттік тізбектерді шығару үшін қолданылады.
Аллой Ковар
Қоспа механикалық қасиеттері тамаша металдардан тұрады. Оларды өңдеу оңай, олар илемдеуге, брошуға, соғуға және штамптауға оңай ұшырайды. Ал кобальт, никель және темір қорытпасы басқаша ковар деп аталады. Химиялық элементтердің дұрыс таңдалған комбинациясы материалды тамаша сипаттамалармен қамтамасыз етеді. Бұл қорытпа жақсы жылу өткізгіштікке, электр кедергісінің жоғары коэффициентіне және кең температура диапазонында нөлге жақын сызықтық кеңею индекстеріне ие. Жалғыз кемшілігі - ылғалды ортада коррозияға төзімділігі төмен, сондықтан күмістен қорғаныш жабындары жиі қолданылады. Ковар өнеркәсіпте мыналарды өндіру үшін кеңінен қолданылады:
- құбырлар, таспалар және сымдар;
- конденсаторлар;
- бақылау құралындағы жабдық корпустары;
- радиоэлектроникадағы мәліметтер;
- электровакуум өнеркәсібіндегі жағдайлар.
Қорытпада қымбат кобальт пен никель бар, бұл материалдың құнын арттырады, бірақ жақсы өнімділік пен ұзақ қызмет мерзімі бастапқы инвестицияны жабады.
Alni қорытпалары
Alni - темір-никель-алюминий магниттік қорытпаларының топ атауы. Белгілі бір шектерде алюминий мен никель концентрациясының жоғарылауымен қалдық индукция азаяды, ал мәжбүрлеу күші артады. Ең жиі қолданылатын қорытпалар, онда алюминий 11-ден18%, ал никель - 20-34%. Мұндай қорытпалардың негізгі қасиеттеріне электр өткізгіштік, жылу өткізгіштік және иілгіштік жатады. Олардың барлығы жақсы дәнекерлеумен ерекшеленеді.
Магниттер өндірісінде қорытпаларды пайдалану үшін оларды кобальтпен және мыспен легирлейді. Бұл жағдайда материал қаттылық пен сынғыштыққа ие болады және ірі түйіршікті құрылымға ие болады. Alni қорытпалары металды зақымдамай сақтай отырып, ұзақ уақыт бойы Цельсий бойынша 1000 градустан жоғары жоғары температурада жұмыс істейтін газ турбиналық және реактивті қозғалтқыштардың бөлшектері үшін құрылымдық материал ретінде пайдаланылады.
Қорытынды
Қазіргі өнеркәсіпте кеңінен қолданылатын металдардың барлығы қорытпалар. Мысалы, әлемде өндірілетін темірдің барлығы дерлік шойын мен болат өндіруге пайдаланылады. Мұны қорытпалардың олар алынатын металдарға қарағанда жақсы қасиеттерімен сипатталатынымен түсіндіруге болады. Айта кету керек, өнеркәсіп өндіретін қорытпалар олар үшін ортақ қасиеттерге ие: беріктік, қаттылық, серпімділік және пластикалық. Сондай-ақ темір-никельділердің магниттік қасиеттері бар, олар өндіріс кезінде қосымша легірлеудің көмегімен күшейтіледі.
