Metalurška industrija igra važnu ulogu u svačijem životu, jer svaki dan morate imati posla sa raznim metalnim proizvodima. A prave se od raznih legura, koje se dobijaju topljenjem. U proizvodnji ovih materijala koriste se najmanje dva metala, a za poboljšanje svojstava koriste se posebni aditivi. Ovaj članak će pregledati nekoliko legura željeza i nikla, njihove osobine i primjene.
O svojstvima gvožđa
Čisto željezo je srebrno-sive boje i savitljivo je i savitljivo. Prirodni ingoti pronađeni u prirodi imaju izražen metalni sjaj i značajnu tvrdoću. Na visini i električnoj provodljivosti materijala lako prenosi struju uz pomoć slobodnih elektrona. Metal ima prosječnu vatrostalnost, omekšava se na temperaturi od +1539 stepeni Celzijusa i gubi svoja feromagnetna svojstva. To je hemijski aktivan element. Na normalnim temperaturama lako reaguje, a kada se zagreje, ova svojstva se poboljšavaju. Na zraku se prekriva oksidnim filmom, koji sprječava nastavak reakcije. Kada je izložen vlažnom okruženjupojavljuje se rđa, koja više ne sprječava koroziju. Ali, uprkos tome, gvožđe i njegove legure se široko koriste.
Malo istorije
Invar je legura gvožđa i nikla, koja uključuje 36% legirajućeg aditiva. Prvi put ga je otkrio u Francuskoj 1896. godine fizičar Charles Guillaume. U to vrijeme radio je na potrazi za jeftinim metalom za standarde mjera mase i dužine, koji su bili napravljeni od vrlo skupe legure platine i iridijuma. Zahvaljujući ovom otkriću, naučnik je 1920. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziku.
Reč "invar" na latinskom znači nepromenljiv. To znači da koeficijent toplinskog širenja legure željeza i nikla ostaje konstantan u širokom temperaturnom rasponu - od -80 do 100 stepeni Celzijusa. Ova legura ima još nekoliko imena: nilvar, vakodil, nilo-legura, radiometal. Invar je zaštitni znak Imphy Alloys Inc., koji je u vlasništvu Arcelor Mittal steel group.
Legura gvožđa i nikla
Za poboljšanje svojstava gvožđa, korišćenjem raznih aditiva, dobijaju se legure. Naučnici su vjerovali da neće biti teško dobiti leguru željeza i nikla, uzimajući u obzir termodinamička svojstva metala. Ali u praksi su naišli na probleme. Tokom interakcije metala, tokom proizvodnje legure gvožđa sa niklom, kao rezultat procesa bočne oksidacije, gvožđe iz dvovalentnog stanja prelazi u trovalentno stanje.
Kao rezultat toga, prinos legure se smanjuje i određena fizička svojstva pogoršavaju. Da bi se riješio ovaj problem, u elektrolit se dodaju amini i organske kiseline, koje tvore spojeve niske topljivosti sa feri željezom. U tom smislu, elastičnost taloga postaje bolja, a za njegovu ravnomjernu distribuciju elektroliti se miješaju. Dobivena legura gvožđa i nikla naziva se invar.
Upotreba legure invara
Nebitan koeficijent termičke ekspanzije omogućava da se koristi za proizvodnju:
- dijelovi instrumenta;
- traka i žica za geodetske radove;
- Laserske potporne strukture;
- dijelovi satova, klatna kronometara;
- valjani proizvodi: toplo valjana šipka i lim, hladno valjana traka, bešavne cijevi, kovane šipke.
Za povećanje čvrstoće vrši se hladna plastična deformacija legure gvožđe-nikl, a zatim se vrši niskotemperaturna termička obrada. Za veću otpornost na koroziju u normalnim atmosferskim uslovima, njegova površina se polira i nanosi se zaštitni sloj ako je proizvod predviđen za upotrebu u agresivnim sredinama. Antikorozivna svojstva Invara će se također povećati kada se u njegov sastav doda oko 12% hroma, dok zadržava konstantnu elastičnost kada se zagrije na 100 stepeni.
Magnetne legure
Ove legure se široko koriste u elektrotehnici. Koriste se za izradu trajnih magneta, jezgara transformatora,električni mjerni instrumenti, elektromagneti. Ljudi odavno znaju da je gvožđe magnetno, i kao rezultat toga, ima mnogo namena.
Mnogo kasnije je otkriveno da je ista osobina svojstvena niklu i nekim drugim metalima. Proizvodi napravljeni od magnetne legure gvožđa i nikla takođe imaju sposobnost održavanja sopstvenog magnetnog polja kada spoljašnje više nije prisutno. Štaviše, ovo lično polje ponovo može da utiče na druga magnetna tela.
Nikal, kob alt i njihove legure
Kob alt i nikl su elementi podgrupe gvožđa. Sva tri elementa imaju slična svojstva, ali postoje i značajne razlike. Oba metala su gušća od gvožđa i mnogo tvrđa i čvršća od gvožđa. Oni su manje aktivni u hemijskom smislu, razlikuju se po otpornosti na koroziju. Osim toga, metali su cijenjeni zbog njihove veće otpornosti na plinsku koroziju.
Nedostaci kob alta i nikla su njihova visoka toksičnost i značajna cijena u odnosu na željezo. Svoju primjenu nalaze za antikorozivne vanjske premaze proizvoda od ugljičnog čelika i željeza elektrohemijskim reakcijama. Također se koriste za proizvodnju komponenti i dijelova koji zahtijevaju povećanu čvrstoću i tvrdoću. Treba istaći poseban značaj legura gvožđa, nikla i kob alta, koje se nazivaju koinvar, invar, supermaloj, permaloj i malloj. Njihova glavna prednost leži u visokommagnetna svojstva. Ove legure se koriste za proizvodnju magnetnih kola za razne elektromagnetne uređaje.
Alloy Kovar
Mješavina se sastoji od metala sa odličnim mehaničkim svojstvima. Lako se obrađuju, lako se podvrgavaju valjanju, provlačenju, kovanju i štancanju. A legura kob alta, nikla i gvožđa inače se naziva kovar. Dobro odabrana kombinacija hemijskih elemenata daje materijalu odlične karakteristike. Ova legura ima dobru toplotnu provodljivost, visok koeficijent električne otpornosti i indekse linearne ekspanzije blizu nule u širokom temperaturnom opsegu. Jedini nedostatak je niska otpornost na koroziju u vlažnim sredinama, pa se često koriste zaštitni premazi od srebra. Kovar se široko koristi u industriji za proizvodnju:
- cijevi, trake i žice;
- kondenzatori;
- kućišta opreme u instrumentaciji;
- detalji u radio elektronici;
- futrole u elektrovakuumskoj industriji.
Legura sadrži skupi kob alt i nikl, što povećava cijenu materijala, ali dobre performanse i dug vijek trajanja pokrivaju početno ulaganje.
Alni legure
Alni je naziv grupe za magnetne legure željezo-nikl-aluminij. Sa povećanjem koncentracije aluminijuma i nikla u određenim granicama, zaostala indukcija se smanjuje, a koercitivna sila raste. Najčešće korištene legure u kojima je aluminij od 11 do18%, a nikal - 20-34%. Glavna svojstva takvih legura su električna provodljivost, toplinska provodljivost i duktilnost. Sve ih odlikuje dobro zavarivanje.
Da bi se koristile legure u proizvodnji magneta, legirane su kob altom i bakrom. U tom slučaju materijal dobiva tvrdoću i krhkost i ima grubo zrnastu strukturu. Alni legure se koriste kao konstrukcijski materijal za dijelove gasnih turbinskih i mlaznih motora koji rade na visokim temperaturama većim od 1000 stepeni Celzijusa dugo vremena, održavajući metal bez oštećenja.
Zaključak
Svi metali koji se intenzivno koriste u modernoj industriji su legure. Na primjer, gotovo svo željezo koje se proizvodi u svijetu koristi se za proizvodnju željeza i čelika. Ovo se može objasniti činjenicom da se legure odlikuju boljim svojstvima od metala od kojih se dobijaju. Treba napomenuti da legure koje proizvodi industrija imaju zajednička svojstva za njih: čvrstoću, tvrdoću, elastičnost i plastičnost. I gvožđe-nikl takođe imaju magnetna svojstva, koja se tokom proizvodnje pojačavaju uz pomoć dodatnog legiranja.
