Рис. 61. Температурная зависимость длины образца из инварного сплава, Тк – точка Кюри
При температурах, близких к точке Кюри, намагниченность доменов резко снижается, и при достижении Тк ферромагнетик переходит в парамагнитное состояние, магнитная составляющая αМ становится равной нулю. В этой переходной зоне наблюдается скачок увеличения линейного размера детали, так как α0 > αl инварного сплава в 2…8 раз. Изменение линейного размера детали из инварного сплава от температуры показано на рис. 61.
Различают две группы сплавов инварного типа:
•сплавы с минимальным ТКР применяются для деталей высокоточных приборов и устройств, требующих стабильности размеров в условиях климатических изменений температуры. Для них значение αl близко к нулю в интервале температур
–60...+100°С, и линейные размеры таких деталей практически не изменяются при нагреве до 50...60°С;
•сплавы с заданным ТКР используются для создания вакуумплотных спаев и соединений с другими материалами (стеклами, керамикой и т.д.). Для них значение αl должно быть близким к коэффициенту линейного расширения соответствующего материала в интервале температур –70...+500°С для обеспечения надежности соединения.
Свойства сплавов с минимальным ТКР
Сплав 36Н (инвар - неизменный) - основной представитель этой группы сплавов.
184
Минимальное значение ТКР (αl = 1,5.10-6 °С-1) достигается путем термообработки, состоящей из закалки (830°С), в результате которой образуется однофазный твердый раствор, и отпуска (315°С) для выделения избыточных мелкодисперсных фаз, в результате чего твердость и прочность сплава снижаются, а пластичность возрастает. Последующее старение при 95°С в течение 48 часов снимает остаточные напряжения и стабилизирует значение коэффициента αl.
Значения ТКР инварных сплавов сильно зависят от содержания примесей, особенно углерода, который образует пересыщенные твердые растворы внедрения, а со временем выделяется, изменяя параметр кристаллической решетки и величину магнитострикции, что приводит к увеличению ТКР. Содержание углерода допускается не более 0,05%.
Помимо низкого значения αl инвар 36Н обладает хорошими механическими (σв = 460 МПа, δ = 45%), технологическими и антикоррозионными свойствами. Поэтому его используют как основной конструкционный материал для деталей измерительных и контрольных приборов, требующих постоянных размеров.
Свойства инвара дополнительно улучшают легированием кобальтом и медью. Сплав такого типа - 32НКД (суперинвар) имеет еще более низкое значение ТКР (αl =1.10-6,°С-1).
Сплавы 39Н и 36НХ (дополнительно легированный хромом) имеют низкий коэффициент линейного расширения в интервале температур +20...–258°С и применяются для деталей, работающих при низких температурах.
Нержавеющий инвар, содержащий 54%Со, 9%Сr и 37%Fe, за счет повышенного содержания хрома обладает высокими антикоррозионными свойствами. Кроме того, его особенностью является отрицательный коэффициент линейного расширения (αl = –1,2.10-6,°С-1) в температурном интервале 20...70°С. Состав и свойства основных сплавов инварного типа представлены в табл. 30.
Свойства сплавов с заданным ТКР
Составы сплавов подобраны таким образом, чтобы коэффициент αl сплава соответствовал коэффициенту αl материала, с которым производится соединение, в широком интервале температур.
185