» » Состав и свойства никеля и его сплавов
23.04.2015

Никель плавится при 1455°С, обладает гранецентрированной кубической решеткой, ферромагнитен при температуре ниже 360 °С; он обладает высокими прочностью, пластичностью и коррозионной стойкостью в ряде агрессивных сред; со многими элементами образует твердые растворы.
Никель в больших объемах применяется для легирования сталей, производства магнитных, электротехнических, жаропрочных и коррозионностойких сплавов. Отечественная промышленность выпускает несколько марок электролитического никеля, отличающихся содержанием примесей. Наиболее опасными из них являются сера, углерод и кислород. Эти примеси растворяются в жидком никеле, а при кристаллизации выделяются в виде эвтектик никель—сульфид никеля и никель—окись никеля и в виде графита по границам зерен. Эвтектика никель—сульфид никеля плавится при 644 °С и вызывает красноломкость металла при горячей обработке давлением. Вредное действие кислорода выражается в охрупчивании никеля и в сообщении ему склонности к «водородной болезни»; графит существенно ухудшает пластичность никеля при горячей обработке давлением.
Технически чистый никель широко применяют в виде листов, фольги, прутков, труб и других полуфабрикатов. Для изготовления фасонных отливок ввиду плохих литейных свойств никель используют сравнительно редко. Некоторого улучшения литейных свойств достигают введением в никель кремния, марганца, железа и других присадок. Для фасонного литья в землю рекомендуется следующий состав: 1,0—2,0 % Si; 1,0—1,5 % Mn; <0,3 % С; <0,3 % S; 0,08—1,0 % Mg; <1,0 % Fe; <0,3 % Cu и остальное Ni.
Для изготовления отливок применяют большое число различных по составу никелевых сплавов, которые могут быть разделены на пять групп:
1. Сплавы на основе систем никель—медь, никель—медь—кремний, никель—медь олово, никель—медь—свинец и др.
2. Нихромы.
3. Сплавы на основе системы никель—молибден.
4. Двойные сплавы никеля с кремнием, бериллием, алюминием и титаном.
5. Сложнолегированные жаропрочные сплавы.
Химический состав некоторых никелевых сплавов приведен в табл. 38.
Состав и свойства никеля и его сплавов

Сплавы первой группы отличаются высокой стойкостью во многих реагентах (морская воды, серная и органические кислоты, растворы щелочей, атмосфера пара при 350—450 °С), хорошими антифрикционными свойствами и стабильностью механических свойств при повышенных температурах. Антифрикционные свойства могут быть улучшены введением свинца, а твердость — введением кремния.
Монель и никелевые бронзы — наиболее распространенные сплавы этой группы. Отливки из монелей применяют в нефтехимическом машиностроении для изготовления клапанов, рабочих колес и корпусов насосов, втулок, кранов и других деталей, работающих в агрессивных средах, в пищевом машиностроении и судостроении. Никелевые бронзы используют для изготовления литых втулок, корпусов центробежных насосов, уплотнительных колец, коррозионностойких подшипников и других деталей. Оптимальное отношение никеля к олову в этих сплавах, ограничивающее потерю пластичности при старении, равно 10:1.
Для сплавов второй группы характерны хорошая стойкость против окисления и высокие механические свойства при повышенной температуре. Их широко используют вплоть до 1000—1100 °С.
Двойные нихромы 80/20 и хромели применяют в технике в виде деформированных полуфабрикатов и очень редко используют для фасонного литья. Отливки изготавливают из железистых нихромов (никонелей). Обладая высокой жаростойкостью в среде окислительных и восстановительных газов, отливки из этих сплавов могут выдерживать многократные нагревы и охлаждения без трещин и коробления. Их широко применяют для печной арматуры, защитных трубок пирометров, деталей цементационных установок и др.
Никельмолибденовые и более сложнолегированные сплавы этой группы хорошо противостоят воздействию неорганических кислот и жидкого хлора. Некоторые из сплавов (с 30 % Mo и 5 % Fe) исключительно устойчивы в соляной кислоте любой концентрации при высоких температурах. Отливки из сплавов этой группы хорошо завариваются и свариваются электродами того же состава, имеют повышенную жаропрочность и стойкость против эрозии. Их широко применяют в химическом машиностроении.
Двойные сплавы никеля с бериллием, алюминием, титаном и кремнием обладают хорошей коррозионной стойкостью в ряде агрессивных сред, хорошо сопротивляются износу (Ni—Si и Ni—Be). Отливки из сплавов Ni—Si можно подвергать заварке. Область применения сплавов этой группы — изготовление тяжело нагруженных деталей, работающих на истирание при высоких температурах.
Жаропрочные сложнолегированные сплавы широко используют для отливки различных деталей современных реактивных двигателей, испытывающих комплексное воздействие тепловых ударов, больших центробежных сил, окислителей, высоких температур и нагрузок.