Никелевые сплавы: свойства, производство, применение

1 Что собой представляет сплав цинка и меди, как он называется?

Латунь, речь о которой пойдет в данной статье, характеризуется превосходной стойкостью против коррозии и высоким показателем прочности. Это отличает ее от многих других металлов, а также непосредственно от меди. В атмосферных условиях латуни имеют величину коррозионной стойкости среднюю между медью и цинком.

Описываемые сплавы славятся своими уникальными технологическими характеристиками, что позволяет применять их для изготовления всевозможных легко формуемых и обрабатываемых изделий со сравнительно небольшими геометрическими размерами.

Любая латунь идеально подходит для производства отливок (это обусловлено незначительной склонностью сплава к ликвации и прекрасной его текучестью). Также из латуни разных марок получаются замечательные полуфабрикаты катаного типа – проволока, полосы, листы, разнообразные профильные изделия, ленты. Процесс производства подобных полуфабрикатов очень прост, так как сплавы на основе цинка и меди без проблем поддаются деформации, которая называется пластической.

Латунь может содержать цинка от 5 до 45 процентов (существуют сплавы и с большим содержанием этого химического элемента, но они применяются крайне редко в практической деятельности человека). В тех случаях, когда концентрация цинка в сплаве составляет от 20 до 36 процентов, латуни называют желтыми, 5–20 процентов – красными (иначе – томпак).

Теплопроводность меди по своей величине выше, чем у латуни (аналогично обстоит ситуация и с показателем электропроводности). Кроме того, медь дороже латуни. Понятно, что экономически целесообразнее использовать сплавы, а не чистые медные материалы, так как между собой по ряду технологических, механических и антифрикционных характеристик они практически ничем не отличаются.

Область применения

Чистый металл используется не так часто, как сплавы никеля. Области применения сплавов:

Применяются в машиностроении, строительстве, изготовлении трубопроводов. Из этого металла изготавливаются массивные конструкции, которые защищены от образования ржавчины.
Детали для оборудования, которое работает в условиях агрессивных сред. Сплавы устойчивы к воздействию кислот, коррозийных процессов, щелочей.
Сплавы используют для изготовления газовых турбин.
В быту изделия из сплавов никеля можно встретить в виде мебельной фурнитуры, кранов и смесителей.
Никель входит в состав сплавов, которые используются при изготовлении белого золота.

На основе этого материала изготавливаются никель-кадмиевые аккумуляторы. Соединения металлов многообразны и благодаря этому их используют в различных направлениях промышленности.

Химические свойства цинка

Цинк Zn находится в IIБ группе IV-го периода. Электронная конфигурация валентных орбиталей атомов химического элемента в основном состоянии 3d104s2. Для цинка возможна только одна единственная степень окисления, равная +2. Оксид цинка ZnO и гидроксид цинка Zn(ОН)₂ обладают ярко выраженными амфотерными свойствами.

Цинк при хранении на воздухе тускнеет, покрываясь тонким слоем оксида ZnO. Особенно легко окисление протекает при высокой влажности и в присутствии углекислого газа вследствие протекания реакции:

2Zn + H₂O + O₂ + CO₂ → Zn₂(OH)₂CO₃

Пар цинка горит на воздухе, а тонкая полоска цинка после накаливания в пламени горелки сгорает в нем зеленоватым пламенем:

При нагревании металлический цинк также взаимодействует с галогенами, серой, фосфором:

С водородом, азотом, углеродом, кремнием и бором цинк непосредственно не реагирует.

Цинк реагирует с кислотами-неокислителями с выделением водорода:

Особенно легко растворяется в кислотах технический цинк, поскольку содержит в себе примеси других менее активных металлов, в частности, кадмия и меди. Высокочистый цинк по определенным причинам устойчив к воздействию кислот. Для того чтобы ускорить реакцию, образец цинка высокой степени чистоты приводят в соприкосновение с медью или добавляют в раствор кислоты немного соли меди.

При температуре 800-900oC (красное каление) металлический цинк, находясь в расплавленном состоянии, взаимодействует с перегретым водяным паром, выделяя из него водород:

Цинк реагирует также и с кислотами-окислителями: серной концентрированной и азотной.

Цинк как активный металл может образовывать с концентрированной серной кислотой сернистый газ, элементарную серу и даже сероводород.

Состав продуктов восстановления азотной кислоты определяется концентрацией раствора:

4Zn + 10HNO₃(0,5%) = 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

На направление протекания процесса влияют также температура, количество кислоты, чистота металла, время проведения реакции.

Цинк реагирует с растворами щелочей, при этом образуются тетрагидроксоцинкаты и водород:

С безводными щелочами цинк при сплавлении образует цинкаты и водород:

В сильнощелочной среде цинк является крайне сильным восстановителем, способным восстанавливать азот в нитратах и нитритах до аммиака:

Благодаря комплексообразованию цинк медленно растворяется в растворе аммиака, восстанавливая водород:

Также цинк восстанавливает менее активные металлы (правее него в ряду активности) из водных растворов их солей:

Zn + CuCl₂ = Cu + ZnCl₂

Zn + FeSO₄ = Fe + ZnSO₄

Область применения

Чистый металл используется не так часто, как сплавы никеля. Области применения сплавов:

Применяются в машиностроении, строительстве, изготовлении трубопроводов. Из этого металла изготавливаются массивные конструкции, которые защищены от образования ржавчины.
Детали для оборудования, которое работает в условиях агрессивных сред. Сплавы устойчивы к воздействию кислот, коррозийных процессов, щелочей.
Сплавы используют для изготовления газовых турбин.
В быту изделия из сплавов никеля можно встретить в виде мебельной фурнитуры, кранов и смесителей.
Никель входит в состав сплавов, которые используются при изготовлении белого золота.

Научная точка зрения

Чтобы определить, какие металлы не магнитятся, нужно выяснить, как все металлы вообще могут относиться к магнитам и магнитному полю. По отношению к внесенному магнитному полю все вещества делят на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Они непрерывно движутся, что создает магнитное поле. Магнитные поля электронов одного атома могут усиливать друг друга или уничтожать, что зависит от направления их движения. Причем скомпенсированы могут быть:

Магнитные моменты, вызванные движением электронов относительно ядра – орбитальные.
Магнитные моменты, вызванные вращением электронов вокруг своей оси — спиновые.

Если все магнитные моменты равны нулю, вещество относят к диамагнетикам. Если скомпенсированы только спиновые моменты — к парамагнетикам. Если поля не скомпенсированы – к ферромагнетикам.

Цинковое покрытие

Цинковое покрытие является анодным по отношению к черным металлам и защищает сталь от коррозии электрохимически при температурах до 70° С, при более высоких температурах — механически. Покрытие предотвращает контактную коррозию сталей при сопряжении с деталями из алюминия и его сплавов; обеспечивает свинчиваемость резьбовых деталей. Цинк по сравнению с другими металлами, применяющимися в гальванотехнике, мало токсичен для человека. Потребность человеческого организма в цинке удовлетворяется питьевой водой. Токсические дозы солей цинка приводят к острому, но излечимому отравлению.
Для повышения коррозионной стойкости цинковое покрытие хроматируют и фосфатируют. Хроматирование одновременно улучшает декоративный вид покрытия. Хроматная пленка механически непрочная.
Цинковое хроматированное покрытие теряет свой декоративный вид при условии периодического механического воздействия: прикосновения инструмента, рук.
Без хроматирования и фосфатирования покрытие применяют для обеспечения электропроводности и при опрессовке пластмассами при температуре выше 100°С
Электрохимическое цинкование вызывает потерю пластичности сталей вследствие наводороживания. Стали с пределом прочности выше 1380 МПа; (140 кг/мм²) цинкованию не подлежат.
Покрытие обладает прочным сцеплением с основным металлом, низким сопротивлением механическому истиранию и повышенной хрупкостью при температурах выше 250°С и ниже минус 70°С; матовое покрытие выдерживает гибку, развальцовку. Покрытие обладает низкой химической стойкостью к воздействию продуктов, выделяющихся при старении органических материалов.
Микротвердость покрытия, наносимого электрохимическим способом, в среднем, составляет 490-1180 МПа (50-120 кгс/мм²); удельное сопротивление при температуре 18°С составляет 5,75×10-8 Ом. м.

Хромель-копелевые термопары

Термопары из термоэлектродной проволоки хромель и копель имеют широкое применение в области измерения температуры в различных средах. Приборы, в которых они выполняют свои измерительные функции, используются в различных системах управления. Контроль над температурами при помощи термопар осуществляется в широком диапазоне, что обусловлено специфическими свойствами (особенностями) данных приборов. Надежная конструкция, невысокая стоимость и высокая степень точности измерения обусловили широкое распространение термопары из хромели и копели. По своей конструкции термопара представляет собой термоэлектрический преобразователь. В основе принципа действия лежит явление Зеебека, согласно которому в замкнутой электрической цепи, состоящей из спаев двух металлов различных свойств, возникает ток при условии, если спаи имеют различную температуру. При помощи направления тока в данной цепи можно определить знак разности температур у металлических спаев. Томас Зеебек — немецкий физик, сделал ряд важных открытий в области оптики, акустике, термодинамике, электричестве.

Линейность температурных датчиков из термопар и их малая инерционность позволяют использовать их при измерении в том числе и высоких температур. Благодаря тому, что термоэлектродная проволока способна какое-то время выдерживать воздействие некоторых агрессивных сред, термопарные датчики применяются для измерения температуры в печах обжига на керамических заводах и в других производственных процессах. Погрешность измерений зависит от класса термопары и диапазона измеряемых температур. ТЭДС, которая возникает в проводах и значение которой затем пересчитывается в температуру, должна попадать в регламентированный диапазон. Иначе, термопара считается не пригодной для проведения измерений.

В изготовлении термоэлектродной проволоки для термопар используются различные сплавы. При выборе термопары для определенной цели учитывается диапазон измеряемых температур, точность измерения и условия эксплуатации. Термопара хромель-копель является одной из самых распространенных и имеет широкое применение в различных сферах. В термопаре данного типа в качестве положительного термоэлектрода используется хромель, а копелевый сплав является отрицательным электродом. Термоэлектродная проволока, состоящая из пары сплавов хромеля и копеля, работает в диапазоне рабочих температур от -200°С до +600°С, в отличие от хромеля и алюмеля, рабочая температура которой составляет -200°С ÷ 1000°С. К недостаткам термопары данного типа можно отнести чувствительность к деформациям. Среди достоинств можно отметить высокий класс точности измерения, что обусловлено отличными показателями коэффициентов термо-ЭДС обоих сплавов, входящих в состав термоэлектрического преобразователя. Для того, чтобы в полной мере раскрыть свойства и особенности хромель-копелевой термопары, рассмотрим в отдельности каждый сплав.

Хромель (НХ9,5) является сплавом хрома и никеля. Сочетание этих двух металлов дает отличные термоэлектрические свойства. Константа термо-ЭДС хромеля сохраняется в диапазоне температур от +20°С до +1000°С. При эксплуатации в режиме более высоких температур свойства сплава снижаются. Данный сплав имеет температуру плавления +1435°С. Производимый как проволока, хромель имеет широкое применение, и используется не только в термопарах.

Копель (МНМц43-0,5) — медно-никелевый сплав, вторая составляющая хромель-копелевой термопары. По своим физико-механическим свойствам копель имеет схожесть с константаном. Но в паре с хромелем этот сплав показывает исключительные свойства. Именно в этой термопаре копель имеет максимальную электродвижущую силу. Наличие в сплаве примесей железа, углерода, кремния и марганца обеспечивает копелю достаточную жаропрочность. Также копель используется и в качестве компенсационных проводов, что регламентировано в ГОСТ 1791-67.

Термопара хромель-копель применяется, главным образом, в пирометрии. Основное назначение датчиков, основанных на хромель-копелевой термопаре, заключается в обеспечении непрерывного контроля над температурным режимом в различных средах.

<- предыдущая статья | следующая статья — >

Рекомендуем следующие статьи к прочтению:

Сварочные аппараты для малого бизнеса

Что такое мотопомпы?

Саморегулирующиеся кабели

Свойства и характеристики жаропрочных сплавов

Рассмотрим их на примере наиболее распространённых марок.

Сплав ЭП747 (или ХН45Ю) применяется в металлургии для изготовления роликов рольгангов, по которым перемещаются слитки. Кроме железа и никеля (содержание никеля 44…46%), содержит также хром и алюминий. Сплав выплавляется в электропечах, после чего проходит горячую пластическую деформацию, температурный интервал которой находится в диапазоне 1280…8500С (первая температура – начало деформирования, вторая – окончание). Сплав хорошо поддаётся термической обработке и электродуговой сварке. Сортамент – листы толщиной до 2 мм и прутки.

Физико-механические показатели сплава ХН45Ю составляют:

Механическая прочность – от 600 МПа при комнатных температурах, до 150 МПа при температуре 8000С;
Жаростойкость на спокойном воздухе – до 1300…13500С;
Интенсивность окисления, г/м2∙ч — не более 170;
Коэффициент теплопроводности при температурах эксплуатации, Вт/м2 ∙К – 17,5…24,5;
Модуль Юнга при температурах эксплуатации, ГПа – 12,5…17,5.

Сплав ЭИ602 (или ХН75МБТЮ) используется для внутренней облицовки камер сгорания металлургических и термических печей при температурах, не превышающих 900…9500С. Кроме железа и никеля, содержит также хром, титан, молибден, алюминий и ниобий. Ввиду более сложного состава, который включает в себя весьма разнородные химические элементы, после выплавки в электропечах подвергается горячей деформации в гораздо более узком диапазоне температур: 1180…12800С. В отличие от предыдущего сплава, ХН75МБТЮ более пластичен, в частности, допускает глубокую вытяжку. Поэтому из него можно изготавливать полые детали машин, которые будут далее эксплуатироваться при высоких температурах. Хорошо сваривается всеми видами электросварки.

Интенсивное образование окалины на поверхности данного сплава начинается лишь при температурах от 1250…12800С. Сплав поставляется только в виде листов — горячей, либо холодной прокатки.

Физико-механические показатели сплава ХН75МБТЮ составляют:

Механическая прочность – от 860 МПа при комнатных температурах, до 177 МПа при температуре 9000С;
Длительная прочность и термическая выносливость, МПа, не менее — 190;
Коэффициент теплопроводности при температурах эксплуатации, Вт/м2 ∙К – 20,2…19,3;
Модуль Юнга при температурах эксплуатации, ГПа – 19,0…10,2.

Сплав ЭИ868 (или ХН60ВТ) отличается еще более высокой жаростойкостью и стойкостью от воздействия агрессивных сред. Поэтому он используется для изготовления лопаток газовых турбин, работающих при температурах 950…10000С. В химическом составе сплава в больших количествах имеют вольфрам и хром, присутствует также титан. Сортамент сплава – листы, пруток и проволока. Сплав обладает характеристиками обрабатываемости и свариваемости, схожими со сплавом ХН75МБТЮ, однако выделяется более высокими показателями жаростойкости, самыми высокими из жаропрочных железоникелевых сплавов: интенсивность окисления при температурах эксплуатации 10000С не превышает 0,6…0,8 г/м2∙ч. Структура и прочность сплава не изменяются даже после 30…35 циклов нагрева и охлаждения.Остальные физико-механические показатели сплава ЭИ868 составляют:

Механическая прочность – от 800 МПа при комнатных температурах, до 43 МПа при температуре 10000С;
Длительная прочность и термическая выносливость, МПа, не менее — 210;
Коэффициент теплопроводности при температурах эксплуатации, Вт/м2 ∙К – 28…24;
Модуль Юнга при температурах эксплуатации, ГПа – 19,0…2,0.

Химические свойства и характеристики

Молибден занимает особое место в ряду металлов. С его помощью удаётся получать сплавы, которые используются в точных измерительных приборах, противовесах, реактивных двигателях, экранах плавильных печей, в самых разнообразных механизмах и ответственных установках.

Mo располагается в 5-й группе и 5-м периоде в таблице химических элементов Менделеева. Плотность при обычной комнатной температуре составляет 10.200 кг/м3, а показатели температуры плавления достигают 2620±10°С. Он передаёт сплавам удивительные свойства: термостойкость, прочность, надёжность, малый коэф. расширения при воздействии высоких температур, незначительное сечение захвата нейронов. При этом по показателям теплопроводности уступает меди, но становится впереди железа. В плане обработки является более простым, по сравнению с вольфрамом. Но последний тугоплавкий металл демонстрирует лучшую механическую прочность.

По своим свойствам и характеристикам молибденовые сплавы максимально приближены к чистому металлу, особенно если основа занимает большой процент от общей массы. Сплавы вольфрам-молибден вовсе наделены лучшими свойствами обоих элементов. При варьировании соотношений тугоплавких металлов в одном соединении можно получать полуфабрикат либо готовое изделие с нужными параметрами.

Одним из существенных недостатков Mo технологи выделяют подверженность окислению при температуре выше 500°С. При этом легирование хоть и не позволяет решить полностью эту проблему, зато помогает повысить показатели жаропрочности и уменьшить хрупкость (например, путём введения оксида лантана), увеличить время нахождения детали в условиях повышенной нагрузки. При добавлении определённых компонентов увеличивается время рекристаллизации.

Виды и особенности сплавов

В данной категории производственного каталога представлены различные соединения в виде порошка и готовых изделий проката. Раскроем некоторые из них:

• Вольфрам-молибден. Из соединения на основе тугоплавких металлов получают тигли и экструдированные заготовки, горячекатаные листы, пластины, кольца, детали для оснастки высокотемпературных и водородных печей, распыляемых мишеней. При определённой обработке можно получить изделия сложной формы. • Никель-молибденовые сплавы. Наиболее распространённое сочетание, выпускается различных марок. Применимы для легирования сталей, они распространены в изготовлении контейнеров/ёмкостей для радиоактивных элементов, обладая большим коэффициентом поглощения гамма-лучей, чем свинец. Легирование в данном случае более экономически выгодное, если сравнивать в использованием чистого Mo. При этом характеристики готовых изделий практически идентичны. Коллиматоры, дозиметрическое оборудование и защитные блоки/экраны также изготавливают из таких сплавов. • Соединения хром-молибден. Хром повышает прочность соединения, делает его жаростойким и кислотоупорным. Сплавы с добавлением кобальта используют при производстве искусственных зубов, коронок, мостов. Твёрдые, но при этом в меру эластичные соединения не подвергаются коррозии, не вступают в реакцию с биологическими жидкостями, пищей и напитками.

Помимо приобретения молибденовых сплавов с никелем, вольфрамом и другими металлами, возможен заказ дополнительных услуг – обработка полуфабрикатов и готовых деталей различными механическими и химическими способами для придания им определённых качеств.

Свойства меди и место в жизни человека

В чистом состоянии, элемент таблицы Менделеева, именуемый Cu, встречается крайне редко. Это – пластичный металл с легким розовым оттенком. Человеку же он знаком под другим цветом: желто-красным, чаще коричнево-красным. Это связано с высокой окислительной способностью вещества. Попадая на воздух, медь покрывается тонкой оксидной пленкой, что и делает цвет металла ближе к красному.

Читать также: Пресс для опилок своими руками чертежи

медь в чистом виде

Первобытная тяга человека к меди основывалась на свойстве пластичности, позволяющей придавать этому металлу требуемую форму путем несложной обработки. Медь легко поддается гравировке, нанесению резьбы, оставаясь при этом достаточно прочным. Современная ценность меди, как металла – высокие показатели проводимости: электрической и тепловой. Подобная информация позволяет выделить основные направления поиска этого цветного металла в виде отходов и лома.

Удельный вес меди, составляющий округленно 8.9 г/см 3 , также полезен сборщику металлолома. Зная объем собранного лома, в частности проводов, жил, легко рассчитать его оценочный вес.

Сплавы с медью

Сочетание никеля с медью довольно широко применяется для получения материалов, имеющих свойства, отличные от свойств чистых металлов.

На сегодняшний день наиболее широко используемыми сплавами с медью можно считать следующие:

монель;
мельхиор;
нейзильбер.

При производстве монели в качестве главного компонента применяется именно никель, количество которого в сплаве должно составлять около 67%. Монель отличается высокой прочностью, превышающей характеристики большинства видов сталей, из-за чего этот сплав получил широкую популярность в авиастроении, производстве электроинструмента, судостроении, а также в изготовлении музыкальных инструментов.

Монель

Мельхиор – сплав никеля с медью, основой в котором выступает медь, а количество никеля может варьироваться в диапазоне от 5% до 30%. Из этого сплава производят различные виды кухонной посуды, дешевые ювелирные изделия, статуэтки и другие произведений искусства.

Также его легко встретить в повседневной жизни, так как большинство современных монет производятся именно из мельхиора. Он отлично подходит для этих целей, так как очень пластичен и хорошо поддается прессованию. При этом он довольно-таки долговечен и устойчив к износу и повреждениям. Мельхиор отличается устойчивостью к морской воде, поэтому из него изготавливают множество структурных частей и деталей лодок.

Чайные ложки из нейзильбера

Нейзильбер отличается наличием в составе цинка. Он довольно-таки пластичен, при этом очень прочен и устойчив к коррозии. Применяется при производстве электроприборов, столовых приборов, ювелирных изделий, монет и наград.

Формы нахождения металла

В естественных условиях никель встречается в сочетании с рядом химических элементов, а в форме самородков находится в железных метеоритах.

Содержание металла в составе ультраосновных пород значительно выше, чем в кислых образованиях. В зависимости от условий формирования минералов происходит процесс замещения никелем других элементов (железа, магния).

В гидротермальных условиях никель формирует соединения с мышьяком, кобальтом, серебром. Повышенные концентрации металла связаны с минеральными образованиями-арсенидами и сульфидами.

В природе никель обычно находится в соединениях с другими элементами

Сырьем для извлечения ценного компонента являются сульфидные, медно-никелевые руды с содержанием мышьяка:

никелин — соединение с мышьяком;
хлоантит — белый колчедан, содержащий кобальт и железо;
гарниерит — силикатная порода с содержанием магния;
магнитный колчедан — соединение серы с железом и медью;
герсдорфит — мышьяково-никелевый блеск;
пентландит — соединение серы, железа и никеля.

Содержание металла в живых организмах зависит от условий и среды обитания. Некоторые представители флоры и фауны способны концентрировать металл.

Основные месторождения руд находятся в Канаде, Российской Федерации, Албании, ЮАР, на Кубе, в Греции.

Процесс извлечения металла из руд предусматривает применение технологий в зависимости от типа сырья. Иногда никель является второстепенным материалом обогащения породы.

Тугоплавкие руды с содержанием магния подвергают электрической выплавке. Содержащие железо латеритовые руды перерабатывают гидрометаллургическим методом с последующей обработкой щелочными растворами.

Породу с меньшим содержанием железа плавят, подвергают обжигу и электрической выплавке. Попутно извлекают металлический кобальт или его соли. Повышенное содержание металла наблюдается в золе каменных углей в Англии. Этот факт связывают с деятельностью микроорганизмов, концентрирующих никель.

Пластичность и другие физические свойства никелевых составов зависят от чистоты материала. Незначительная примесь серы придает металлу хрупкость. Добавление в расплавленный материал магния очищает смесь от второстепенных примесей с образованием соединения с серой.

Что такое никель?

История не сохранила имени человека, открывшего никель, так как этот металл известен людям очень давно. Первые его образцы были найдены в содержимом метеоритов, поэтому представляли собой огромную редкость. Они использовались для изготовления талисманов и «заколдованного» оружия, которое никогда не покрывалось ржавчиной.

Никелевая руда в Средневековье часто встречалась в медных рудниках Саксонии, но тогда люди не умели выплавлять из неё металл. Немецкие рудокопы называли её «купферникелем», или ложной медью, и презрительно отбрасывали. Бытовало поверье, что зловредный гном Старый Ник превращает медную руду в негодные камни. Выделить из никелевой руды чистый металл сумел в 1775 году шведский естествоиспытатель А. Кронстедт, но найти ему применение тогда не смогли.

Обладая хорошей пластичностью, никель легко куётся и практически не окисляется под действием воздуха или воды, покрываясь тонкой оксидной плёнкой, которая защищает его от дальнейшего окисления. Но если измельчить металл до состояния порошка, то при контакте с воздухом он легко вспыхнет, окисляясь с выделением большого количества тепла. Температура его плавления достаточно высока и достигает 1455 градусов Цельсия.
Это металл серебристого цвета с лёгкой желтизной, обладающий сильным блеском и легко полирующийся. Ему присущи ферромагнитные качества, т.е. он притягивается магнитом. Высокая твёрдость и коррозионная стойкость сделали его чрезвычайно востребованным современной промышленностью.

Параметры и особенности

Данное название носит сплав медно-никелевого состава, характеризующийся термостабильностью, электрическим сопротивлением, обрабатываемостью, используется в электротехнической промышленности.

Последнее обеспечивает стабильность сопротивления при различной температуре. Благодаря параметрам сопротивления константан называют резистивным сплавом. К тому же данный материал характеризуется значительной термоэлектродвижущей силой. Наконец, константан обладает хорошим технологическими свойствами, обуславливающими обрабатываемость его механическими методами. Так, для него применимы паяние, чеканка, штамповка, ковка и т. д. После отжига возможно использовать резание. Загрязнение цинком существенно затрудняет обработку.

Далее приведены прочие характеристики константана. Плотность его равна 8,8–8,9 г/см3. Таким образом, это наиболее плотный никелевый сплав, превосходящий по данному параметру сталь. Данная особенность, определяющая большую массу константана, обусловлена значительной долей меди в его составе. Температура плавления составляет 1260 °C, благодаря чему сплав является термостабильным, сохраняя до названной температуры внутреннее строение. Твердость равна 155 НВ, предел прочности на разрыв – 400 МПа. Температурный коэффициент линейного расширения составляет 14,4×10-6 в диапазоне от 20 до 100 °C. Теплоемкость равна 0,0977 кал/г×C, теплопроводность – 0,05 кал/см×с×C. Магнитные свойства отсутствуют. Константан характеризуется высокими показателями пластичности. Так, модуль упругости составляет 16600 кгс/мм2, относительное удлинение достигает 30%, сужение – 71%. Следует отметить, что пластичность значительно сокращается при загрязнении константана цинком. Благодаря высокому пределу выносливости, составляющему для горячетканых прутков 243 МПа (что соответствует стали 45), константан подходит для условий переменных нагрузок. Медно-никелевый состав обеспечивает сопротивление сплава коррозии. Так, он не реагирует с кислородом до 800 °C, а также с органическими кислотами и соляными растворами. Цвет – желтоватый.

Ввиду невысокой прочности константан нередко подвергают дополнительной обработке. После отжига предел прочности возрастает до 700-800 МПа, что приравнивает сплав по данному показателю к стали 45. Для еще большего упрочнения рассматриваемого материала применяют наклеп, подразумевающий поверхностную прокатку стальными роликами, вызывающую пластические деформации. В результате такой обработки константан обретает показатели предела прочности в 850 МПа и твердости в 75-90 НВ. Однако нужно учитывать, что как механическая, так и термическая обработка константана МНМц 40-1,5 сокращает пластичность: относительное удлинение снижается до 4%, сужение – до 21%.

Данное покрытие формируется в результате прокаливания, поэтому изделия, рассчитанные на применение в электрооборудовании, подвергают данной обработке при производстве.

Стоимость константана формируется, прежде всего, под влиянием цены Ni. Например, стоимость рассматриваемого материала в октябре 2017 г. составляла в среднем 5 тыс. рублей за 1 кг. Во многом она зависит от формы и ее особенностей. Так, лента немного дороже в сравнении с проволокой. А для проволоки имеет значение толщина: варианты с большим диаметром дешевле. Например, на декабрь 2020 г. тонна 0,6 мм проволоки стоила около 2,3 млн., а материала диаметром 1,2 мм – 0,8-1 млн. К тому же, как видно из приведенных данных, при массовой реализации цена значительно снижается. Цена покупки также определяется несколькими факторами. Во-первых, большое значение имеет состояние лома, определяемое, прежде всего, наличием следов коррозии. Во-вторых, для проволоки имеет значение диаметр. Тонкие материалы ценятся выше.

В-третьих, важен объем поставок. Пункты приема лома предпочитают принимать крупные партии (более 100 кг) ввиду ускоренной реализации. В таких случаях они наценивают лом на 10–15%.

Ищем никель по всему свету

Металл занимает пятое место по распространенности на Земле.

Рекомендуем: ВАНАДИЙ — дважды открытый

Геологи оценивают запасы никелевых руд в мире в 130-200 миллионов тонн.

Добыча ведется как открытым, так и подземным способами.

Можно было бы гордиться: на территории России объем добываемых руд самый большой в мире.

Извлекают эти руды в 22 странах; крупнейшие месторождения в странах:

Канада (провинция Онтарио);
Австралия (штат Западная Австралия);
Индонезия (3 карьера, но все принадлежат государству);
Новая Каледония (5 карьеров; три из них принадлежат французской фирме).

Потребляют металл в основном пять стран:

Китай;
Япония;
США;
Германия;
Тайвань.

Эти страны потребляют больше половины произведенного никеля.

Никелевые руды

Происхождением наш герой из магматических сульфидных медно-никелевых месторождений, кор выветривания — силикатных никелевых руд.

В состав медно-никелевых месторождений входят:

халькопирит;
пирротин;
гарниерит;
пирит;
ревдинскит;
магнетит;
никелин;
миллерит и другие минералы.

Силикатные никелевые руды можно разделить на железистые, с повышенным содержанием кобальта, и магнезиальные — в них больше никеля.

Использование цветных металлов

Цветными называют не только сами металлы, но и их сплавы. Исключение составляет так называемый «чермет»: железо и, соответственно, его сплавы. В странах Европы цветные металлы носят название нежелезистых. Цветные металлы, список которых немаленький, нашли широкое применение в разных отраслях во всем мире, в том числе и в России, где являются основной специализацией. Производятся и добываются на территориях всех регионов страны. Легкие и тяжелые цветные металлы, список которых представлен большим разнообразием наименований, составляют отрасль промышленности под названием «Металлургия». Это понятие включает в себя добычу, обогащение руд, выплавку как металлов, так и их сплавов.

В настоящее время отрасль цветной металлургии получила широкое распространение. Качество цветных металлов очень высокое, они отличаются долговечностью и практичностью, применяются в строительной индустрии: ими отделывают здания и сооружения. Из них производят профильный металл, проволоку, ленты, полосы, фольгу, листы, прутки различной формы.

Плюсы и минусы

Большинство цинковых сплавов имеют следующие преимущества:

они очень прочные, не повреждаются при механических воздействиях;
устойчивы к коррозии;
имеют хорошие литейные качества, могут использоваться для создания даже мелких элементов;
со временем практически не подвергаются старению.

Однако примеси даже в незначительном количестве ухудшают характеристики сплава. Приводят к снижению жидкоплавкости, к набуханию, способствуют появлению трещин. Поэтому цинковые сплавы должны создаваться с соблюдением всех технологий, а количество примесей в них не должно превышать 0,005%.

Многие спрашивают, темнеют или нет цинковые сплавы? В этом еще один недостаток материала. Цинковые сплавы могут темнеть с течением времени. Притом потемнения обычно распространяются на всю поверхность материала. Это обуславливается образованием оксидной пленки на поверхности материала. Она формируется при комнатной температуре после контакта с воздухом или водой. Поэтому во избежание этого требуется нанесение гальванических покрытий.

Нахождение в природе

Никель получил широкое распространение в природе. В коре его содержится порядка 0,01%. В земле его находят только в связанном виде но в метеоритах, которые попадают к нам на планету обнаруживается никель в чистом виде, причём достаточно в большом количестве до 25% от массы.

При высокой концентрации в магме серы, происходит формирование солей никеля. В гидротермальной процедуре он может образовывать соединения в виде арсенидов и сульфидов.

Никель, чаще всего встречают в сульфидных и мышьяк-содержащих рудах.

К таким рудам относят:

никелин;
хлоантит;
гарниерит;
магнитный колчедан;
мышьяково-никелевый блеск;
пентландит.

Кстати, существует теория, согласно которой земное ядро состоит их никелистого железа.