Сплавы Fe - Ni
ТКЛР этих сплавов в интервале содержания Ni = 30…60 % можно плавно менять в пределах (1…12)10-6 К-1, что перекрывает ТКЛР стекол (3…10)10-6 К-1и керамики (2,2…11)10-6 К-1.
Однако сплавы Fe-Ni имеют низкое значение ТКЛР лишь при температурах ниже точки Кюри, т.е. пока они остаются в ферромагнитном состоянии. При нагреве выше точки Кюри происходит переход сплава с парамагнитное состояние, при этом ТКЛР резко возрастает.
Обычно сплавы Fe-Ni содержат также и другие элементы (примеси, легирующие): Cr (0,8…1,1%), Cu (0,1…0,2%), S (до 0,35%), C (не более 0,05%).
Углерод считается вредным элементов, т.к. при выполнении спая из сплава могут выделяться пузыри CO и портить спай. Поэтому сплавы Fe-Ni часто специально обезуглероживают длительным отжигом в сыром H2 при T=900…1000С.
Замечания:
Значение ТКЛР для инварных сплавов существенно зависит от:
• содержания примесей (особенно от содержания углерода);
• технологии термообработки (ТО).
Углерод в процессе ТО образует с Fe и Ni пересыщенные твердые растворы внедрения. В процессе эксплуатации углерод выделяется и вызывает «ползучесть» значения ТКЛР. Это связано с изменением параметра кристаллической решетки и величины магнитострикции парапроцесса.
Поэтому содержание углерода в сплавах должно быть минимальным (не более 0,05%).
Свойства инвара (36Н) дополнительно улучшают легированием Co (кобальт частично заменяет никель). Сплав такого типа называют суперинвар (исторически) – он имеет сравнительно более низкое значение ТКЛР в тех же условиях.
Co (кобальт), % Cu (медь), % ТКЛР106 К-1 Т, С
36Н Инвар 1,5 -60…+100
32НКД 3,2…4,2 0,6…0,8 1,0 -60…+100
29НК Ковар 17…18 4,5…6,5 -70…+420
33НК 170,5 6…9 -70…+470
47НД 50,5 9…11 -70…+440
Сплав 48Н относится к группе сплавов, имеющих ТКЛР платины и мягких (нетермостойких) стекол, температура (точка) Кюри – высокая, около 435С.
Сплав 33НК используется для пайки с керамикой (является аналогом ковара (29НК), но содержит больше никеля) – для такой пайки требуется менее строгое совпадение ТКЛР.
Недостаток сплавов Fe-Ni, содержащих минимум добавок или не содержащих добавок, - плохое сцепление окислов стекла с поверхностью металла – т.е. они мало пригодны для спаев со стеклом. Окислы на поверхности металла – рыхлые, образование «осыпающихся» окислов для «чистых» Fe-Ni сплавов было устранено присадкой к ним 5…8% Cr. Хром несколько снижает точку перегиба на кривой расширения и повышает антикоррозионные свойства. Хром (за счет Cr2O3) улучшает спаиваемость со стеклами; часто для спаев применяют сплавы Fe-Ni-Cr при содержании Cr до 8%. Например сплав 47НХ5 имеет ТКЛР очень хорошо согласующийся с ТКДР свинцового стекла.
Введение меди в сплавы Fe-Ni способствует повышению точки перегиба – расширению области низких ТКЛР. Сплав 47НД по пластичности подобен ковару (29НК): температура (точка) Кюри – высокая = около 460С; ТКЛР = (9…10)10-6 К-1
В приборостроении как терморегулятор широко используется биметаллические пластинки (сваренные) из двух материалов: 36Н и 25Н. ТКЛР сплава 25Н = 2010-6 К-1 (большой). При нагреве такая пластина сильно искривляется, замыкая или размыкая цепь.
Однако сплавы Fe-Ni имеют низкое значение ТКЛР лишь при температурах ниже точки Кюри, т.е. пока они остаются в ферромагнитном состоянии. При нагреве выше точки Кюри происходит переход сплава с парамагнитное состояние, при этом ТКЛР резко возрастает.
Обычно сплавы Fe-Ni содержат также и другие элементы (примеси, легирующие): Cr (0,8…1,1%), Cu (0,1…0,2%), S (до 0,35%), C (не более 0,05%).
Углерод считается вредным элементов, т.к. при выполнении спая из сплава могут выделяться пузыри CO и портить спай. Поэтому сплавы Fe-Ni часто специально обезуглероживают длительным отжигом в сыром H2 при T=900…1000С.
Замечания:
Значение ТКЛР для инварных сплавов существенно зависит от:
• содержания примесей (особенно от содержания углерода);
• технологии термообработки (ТО).
Углерод в процессе ТО образует с Fe и Ni пересыщенные твердые растворы внедрения. В процессе эксплуатации углерод выделяется и вызывает «ползучесть» значения ТКЛР. Это связано с изменением параметра кристаллической решетки и величины магнитострикции парапроцесса.
Поэтому содержание углерода в сплавах должно быть минимальным (не более 0,05%).
Свойства инвара (36Н) дополнительно улучшают легированием Co (кобальт частично заменяет никель). Сплав такого типа называют суперинвар (исторически) – он имеет сравнительно более низкое значение ТКЛР в тех же условиях.
Co (кобальт), % Cu (медь), % ТКЛР106 К-1 Т, С
36Н Инвар 1,5 -60…+100
32НКД 3,2…4,2 0,6…0,8 1,0 -60…+100
29НК Ковар 17…18 4,5…6,5 -70…+420
33НК 170,5 6…9 -70…+470
47НД 50,5 9…11 -70…+440
Сплав 48Н относится к группе сплавов, имеющих ТКЛР платины и мягких (нетермостойких) стекол, температура (точка) Кюри – высокая, около 435С.
Сплав 33НК используется для пайки с керамикой (является аналогом ковара (29НК), но содержит больше никеля) – для такой пайки требуется менее строгое совпадение ТКЛР.
Недостаток сплавов Fe-Ni, содержащих минимум добавок или не содержащих добавок, - плохое сцепление окислов стекла с поверхностью металла – т.е. они мало пригодны для спаев со стеклом. Окислы на поверхности металла – рыхлые, образование «осыпающихся» окислов для «чистых» Fe-Ni сплавов было устранено присадкой к ним 5…8% Cr. Хром несколько снижает точку перегиба на кривой расширения и повышает антикоррозионные свойства. Хром (за счет Cr2O3) улучшает спаиваемость со стеклами; часто для спаев применяют сплавы Fe-Ni-Cr при содержании Cr до 8%. Например сплав 47НХ5 имеет ТКЛР очень хорошо согласующийся с ТКДР свинцового стекла.
Введение меди в сплавы Fe-Ni способствует повышению точки перегиба – расширению области низких ТКЛР. Сплав 47НД по пластичности подобен ковару (29НК): температура (точка) Кюри – высокая = около 460С; ТКЛР = (9…10)10-6 К-1
В приборостроении как терморегулятор широко используется биметаллические пластинки (сваренные) из двух материалов: 36Н и 25Н. ТКЛР сплава 25Н = 2010-6 К-1 (большой). При нагреве такая пластина сильно искривляется, замыкая или размыкая цепь.