L'industria metallurgica gioca un ruolo importante nella vita di tutti, perché ogni giorno devi fare i conti con vari prodotti in metallo. E sono fatti di varie leghe, che si ottengono per fusione. Nella produzione di questi materiali vengono utilizzati almeno due metalli e vengono utilizzati additivi speciali per migliorarne le proprietà. Questo articolo esaminerà diverse leghe ferro-nichel, le loro proprietà e applicazioni.
Sulle proprietà del ferro
Il ferro puro è di colore grigio argento ed è malleabile e malleabile. I lingotti nativi che si trovano in natura hanno una lucentezza metallica pronunciata e una durezza significativa. All' altezza e alla conduttività elettrica del materiale, trasferisce facilmente la corrente con l'aiuto di elettroni liberi. Il metallo ha una refrattarietà media, si ammorbidisce a una temperatura di +1539 gradi Celsius e perde le sue proprietà ferromagnetiche. È un elemento chimicamente attivo. A temperature normali, reagisce facilmente e, quando riscaldato, queste proprietà vengono migliorate. Nell'aria si ricopre di una pellicola di ossido, che impedisce il proseguimento della reazione. Se esposto a un ambiente umidoappare la ruggine, che non impedisce più la corrosione. Ma, nonostante ciò, il ferro e le sue leghe sono ampiamente utilizzati.
Un po' di storia
Invar è una lega di ferro e nichel, che include il 36% di additivo legante. Fu scoperto per la prima volta in Francia nel 1896 dal fisico Charles Guillaume. A quel tempo, stava lavorando alla ricerca di un metallo poco costoso per gli standard di misure di massa e lunghezza, che erano realizzati con una lega di platino-iridio molto costosa. Grazie a questa scoperta, lo scienziato ricevette il Premio Nobel per la Fisica nel 1920.
La parola "invar" in latino significa immutabile. Ciò significa che il coefficiente di espansione termica di una lega ferro-nichel rimane costante in un ampio intervallo di temperature, da -80 a 100 gradi Celsius. Questa lega ha molti altri nomi: nilvar, vakodyl, nilo-lega, radiometal. Invar è un marchio di Imphy Alloys Inc., di proprietà di Arcelor Mittal steel group.
Lega ferro-nichel
Per migliorare le proprietà del ferro, utilizzando vari additivi, si ottengono leghe. Gli scienziati credevano che non sarebbe stato difficile ottenere una lega ferro-nichel, tenendo conto delle proprietà termodinamiche dei metalli. Ma in pratica si sono imbattuti in problemi. Durante l'interazione dei metalli, durante la produzione di una lega di ferro con il nichel, a seguito di un processo di ossidazione laterale, il ferro dallo stato bivalente passa allo stato trivalente.
Di conseguenza, la resa della lega diminuisce e alcune proprietà fisiche si deteriorano. Per risolvere questo problema, all'elettrolita vengono aggiunte ammine e acidi organici, che formano composti a bassa solubilità con il ferro ferrico. A questo proposito, l'elasticità del precipitato migliora e, per la sua distribuzione uniforme, gli elettroliti vengono miscelati. La lega risultante di ferro e nichel è chiamata invar.
Uso della lega Invar
Il coefficiente di dilatazione termica insignificante ne consente l'utilizzo per la produzione:
- parti di strumenti;
- nastro e filo per lavori geodetici;
- Strutture portanti laser;
- parti di movimenti di orologi, pendoli del cronometro;
- prodotti laminati: barre e lamiere laminate a caldo, nastri laminati a freddo, tubi senza saldatura, barre forgiate.
Per aumentare la resistenza, viene eseguita la deformazione plastica a freddo della lega ferro-nichel, quindi viene eseguito il trattamento termico a bassa temperatura. Per una maggiore resistenza alla corrosione in condizioni atmosferiche normali, la sua superficie viene lucidata e viene applicato uno strato protettivo se il prodotto è destinato all'uso in ambienti aggressivi. Le proprietà anticorrosione di Invar aumenteranno anche quando circa il 12% di cromo viene aggiunto alla sua composizione, mentre mantiene un'elasticità costante quando viene riscaldato a 100 gradi.
Leghe magnetiche
Queste leghe sono ampiamente utilizzate nell'ingegneria elettrica. Sono usati per realizzare magneti permanenti, nuclei di trasformatori,strumenti di misura elettrici, elettromagneti. La gente sa da tempo che il ferro è magnetico e, di conseguenza, ha molti usi.
Molto dopo si scoprì che la stessa proprietà è inerente al nichel e ad alcuni altri metalli. I prodotti realizzati con una lega magnetica di ferro e nichel hanno anche la capacità di mantenere il proprio campo magnetico quando quello esterno non è più presente. Inoltre, questo campo personale è di nuovo in grado di influenzare altri corpi magnetici.
Nichel, cob alto e loro leghe
Cob alto e nichel sono elementi del sottogruppo del ferro. Tutti e tre gli elementi hanno proprietà simili, ma ci sono anche differenze significative. Entrambi i metalli sono più densi del ferro e molto più duri e più forti del ferro. Sono meno attivi in termini chimici, differiscono per la resistenza alla corrosione. Inoltre, i metalli sono apprezzati per la loro maggiore resistenza alla corrosione dei gas.
Gli svantaggi del cob alto e del nichel sono la loro elevata tossicità e il costo significativo rispetto al ferro. Trovano la loro applicazione per il rivestimento esterno anticorrosivo di prodotti in acciaio al carbonio e ferro mediante reazioni elettrochimiche. Inoltre vengono utilizzati per la produzione di componenti e parti che richiedono maggiore resistenza e durezza. Va notato il significato speciale delle leghe di ferro, nichel e cob alto, che sono chiamate koinvar, invar, supermalloy, permalloy e malloy. Il loro principale vantaggio risiede nell' altoproprietà magnetiche. Queste leghe vengono utilizzate per produrre circuiti magnetici per vari dispositivi elettromagnetici.
Lega Kovar
La miscela è costituita da metalli con eccellenti proprietà meccaniche. Sono facili da lavorare, sono facilmente soggetti a laminazione, brocciatura, forgiatura e stampaggio. E la lega di cob alto, nichel e ferro è altrimenti chiamata kovar. Una combinazione ben scelta di elementi chimici conferisce al materiale caratteristiche eccellenti. Questa lega ha una buona conduttività termica, un elevato coefficiente di resistività elettrica e indici di espansione lineare vicini allo zero in un ampio intervallo di temperature. L'unico svantaggio è la bassa resistenza alla corrosione in ambienti umidi, quindi vengono spesso utilizzati rivestimenti protettivi in argento. Kovar è ampiamente utilizzato nell'industria per la produzione di:
- tubi, nastri e fili;
- condensatori;
- casse di apparecchiature nella strumentazione;
- dettagli nell'elettronica della radio;
- casi nell'industria dell'elettrovuoto.
La lega contiene cob alto e nichel costosi, che aumentano il costo del materiale, ma buone prestazioni e lunga durata coprono l'investimento iniziale.
Leghe Alni
Alni è il nome del gruppo per le leghe magnetiche ferro-nichel-alluminio. Con un aumento della concentrazione di alluminio e nichel entro certi limiti, l'induzione residua diminuisce e la forza coercitiva aumenta. Le leghe più comunemente usate in cui l'alluminio da 11 a18% e nichel - 20-34%. Le principali proprietà di tali leghe sono la conduttività elettrica, la conduttività termica e la duttilità. Tutti sono caratterizzati da una buona saldatura.
Per utilizzare le leghe nella produzione di magneti, sono legate con cob alto e rame. In questo caso, il materiale acquisisce durezza e fragilità e ha una struttura a grana grossa. Le leghe Alni sono utilizzate come materiale strutturale per parti di turbine a gas e motori a reazione funzionanti a temperature elevate superiori a 1000 gradi Celsius per lungo tempo, mantenendo il metallo senza danni.
Conclusione
Tutti i metalli molto utilizzati nell'industria moderna sono leghe. Ad esempio, quasi tutto il ferro prodotto nel mondo viene utilizzato per produrre ferro e acciaio. Ciò può essere spiegato dal fatto che le leghe sono caratterizzate da proprietà migliori rispetto ai metalli da cui sono ottenute. Va notato che le leghe prodotte dall'industria hanno proprietà comuni per loro: resistenza, durezza, elasticità e plasticità. E quelli ferro-nichel hanno anche proprietà magnetiche, che vengono migliorate durante la produzione con l'aiuto di ulteriori leghe.
