Historia del descubrimiento de aleaciones de níquel. Propiedades físicas y mecánicas.
El níquel tiene la propiedad de disolver otros metales sin perder sus propiedades, otorgando a las aleaciones resistencia al calor y ductilidad. Esta propiedad ha dado lugar a un gran número de aleaciones de níquel, que presentan una serie de ventajas. El níquel forma soluciones sólidas con otros metales, que tienen ferromagnetismo y alta resistencia a la corrosión en ambientes agresivos de gases y líquidos. En estas aleaciones no hay transformaciones alotrópicas.
Desde finales del siglo XIX, las aleaciones de níquel-cobre con alta ductilidad, valiosas propiedades eléctricas y resistencia a la corrosión se han vuelto cada vez más populares. Las aleaciones de tipo Monel encontraron la aplicación práctica más amplia. Estas aleaciones junto con los cunyals se destacan entre los materiales estructurales por su alta resistencia química en ambientes con agua, gas, álcalis y ácidos fuertes.
Las aleaciones ferromagnéticas (40-85% Ni + Fe) juegan un papel importante en la tecnología. Estas aleaciones pertenecen a la clase de materiales magnéticamente blandos. Entre ellos hay aleaciones que se caracterizan por un alto valor de permeabilidad magnética: permalloy; constancia, cualidades bajo condiciones externas cambiantes - perminvar; alta permeabilidad magnética y máxima saturación magnética - permenorm. Tales aleaciones se usan ampliamente en casi todas las áreas de la tecnología, donde existe la necesidad de una alta sensibilidad de los elementos de trabajo a las fluctuaciones en el campo magnético.
Se demandan aleaciones con 45-55% Ni en contactos sellados entre vidrio y metal. Tales aleaciones aladas con Co o Cu tienen prácticamente el mismo coeficiente de dilatación térmica lineal que el vidrio.
Las aleaciones de Ni+Co que tienen un 4 o un 18% de níquel se clasifican como materiales magnetoestrictivos. Tales aleaciones tienen una alta resistencia a la corrosión en agua de mar y río. Por regla general, son ampliamente utilizados para la fabricación de equipos hidroacústicos.
Con la llegada del siglo XX y el desarrollo de la ingeniería eléctrica, se desarrolló una nueva clase de aleaciones de níquel. La resistencia al calor de este metal en el aire es muy alta, pero se puede mejorar con Cr, Si, Al. Las aleaciones de níquel con Si Al, Mn y las aleaciones de Ni con 10% Cr tienen resistencia al calor combinada con propiedades termoeléctricas. Los termopares más comunes son los termopares de cromel-alumel y se utilizan en aplicaciones industriales y de laboratorio. También se utilizan termopares Copel y Chromel.
Aleaciones de Ni c Cr , también llamadas nicromos. Estas aleaciones son resistentes al calor y se utilizan ampliamente en ingeniería. Aún así, los nicromos con un contenido de níquel de alrededor del 80% son especialmente populares. Se consideraban las aleaciones industriales más resistentes al calor, pero solo hasta la llegada de los cromales. Para abaratar los nicromos, se redujo el contenido de níquel, y así nacieron los ferronicromos. En los ferronicromos, la mayor parte del níquel se reemplaza por hierro. La composición más común contiene 60% Ni, 15% Cr, 25% Fe .
En comparación con los nicromos, los ferronicromos tienen una menor resistencia operativa y se utilizan a temperaturas más bajas. Vale la pena señalar que tanto los nicromos como los ferronicromos tienen una resistencia eléctrica muy alta de aproximadamente 1,05-1,4 μOhm-m2/m . Junto con los cromales, forman parte de las clases más importantes de aleaciones que se utilizan para fabricar calentadores eléctricos de alta temperatura. Por regla general, los nicromos que están aleados con silicio, hasta aproximadamente un 1,5 %, se utilizan junto con metales como las tierras raras y los metales alcalinotérreos. El límite de temperatura de funcionamiento para este tipo de nicromo es de 1200 °C, y para algunos grados hasta 1250 °C. Los nicromos compiten con aleaciones resistentes al calor que contienen 15-30% Cr y hasta 4% Al. Las aleaciones aleadas con Si no son tan resistentes al calor. Pero a partir de aleaciones que contienen cromo, aleado con aluminio, es mucho más difícil obtener una composición homogénea de la tira o alambre para el funcionamiento confiable de los calentadores eléctricos. Por ello, estas aleaciones se utilizan principalmente en la fabricación de piezas resistentes al calor con una temperatura de funcionamiento admisible de hasta 1250 °C que no están sujetas a cargas mecánicas elevadas.
Durante la Segunda Guerra Mundial en Gran Bretaña comenzaron a producir nimonics - aleaciones resistentes al calor Ni - Cr - Ti - Al . Estas aleaciones son particularmente fuertes debido a la aleación de cromo con 2,5 % de titanio y 1,2 % de aluminio. Estas aleaciones son superiores al nicromo y los aceros aleados en resistencia al calor. Antes de eso, se usaban aceros que eran trabajables hasta t° 750-800°C. La aparición de nimonics abrió la era de los motores de turbina de gas para aviones. En un corto período de tiempo, se crearon una gran cantidad de aleaciones complejas que pertenecen a la nimónica. Son aleaciones con Ti, Al, Nb, Ce, La, B, Zr. Su temperatura de funcionamiento alcanza los 1000 ° C. ... La calidad de las aleaciones se ve afectada negativamente por la aleación compleja: la capacidad de las aleaciones para trabajar en caliente con presión se ve afectada. Cabe señalar que las aleaciones de fundición forjadas y aleadas ganaron su reconocimiento precisamente por su alta resistencia al calor. Pero al mismo tiempo, las aleaciones fundidas no tienen una estructura completamente homogénea, por lo que hay una dispersión de propiedades. Para encontrar la composición óptima, se introdujeron en las aleaciones óxidos refractarios de torio, circonio y aluminio y otros compuestos. Lo mejor fue una aleación de níquel con óxidos de torio altamente dispersos.
Las aleaciones Ni - Mn, Ni - Cr, Ni - Mo juegan un papel muy importante en la tecnología. Estas aleaciones tienen valiosas propiedades eléctricas: alta resistencia eléctrica, bajo valor del coeficiente de expansión térmica y, junto con el cobre, tienen un pequeño valor de FEM térmica. Estas aleaciones son inferiores a la manganina en el valor del coeficiente de resistencia eléctrica térmica en el rango de temperatura ambiente, pero tienen una resistencia eléctrica específica 3-4 veces mayor. Estas aleaciones se utilizan para elementos resistivos de pequeño tamaño, donde se requieren propiedades eléctricas constantes durante toda la vida útil. Estos elementos están hechos de lámina delgada o microalambre con un espesor de 5 a 20 micras. Las aleaciones Ni - Cr o Ni - Mo se utilizan para fabricar galgas extensiométricas pequeñas. En tales aleaciones existe una dependencia lineal del cambio en la resistencia eléctrica del valor de la deformación elástica.
Los equipos químicos a menudo trabajan en ambientes corrosivos de ácidos sulfúrico, clorhídrico y fosfórico de diferentes concentraciones a temperaturas lo más cercanas posible al punto de ebullición. Las aleaciones Ni - Cr - Mo, Ni - Mo en el exterior se conocen como halsteloy y remanite. En la URSS, estas aleaciones se conocen con las marcas H70M28, Kh15N65M16V, H70M28F, Kh15N55M16V. Estas aleaciones superan a todos los aceros conocidos en resistencia a la corrosión.
En la práctica, muchas más aleaciones de níquel con Fe, Mo y Cr, así como otros elementos que tienen la combinación adecuada de propiedades mecánicas y físico-químicas. Así, se producen aleaciones resistentes a la corrosión para resortes y aleaciones duras para sellos, así como muchas otras. Además de estas aleaciones, el níquel es un componente de otros metales.
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