Нікелеві сплави

Жаротривкість Ni, що на повітрі досить висока і так, може бути покращена шляхом введення Al, Si або Cr. Зі сплавів такого типу важливе значення завдяки хорошому поєднанню термоелектричних властивостей і жаростійкості мають сплав нікелю з Al, Si і Mn (алюмель) і сплав Ni з 10 % Cr (хромель). Хромель-алюмелеві термопари належать до числа найпоширеніших термопар, що знайшли застосування в промисловості та лабораторній техніці. Знаходять практичне використання також термопари з хромелю і копелю.

Важливе вживання в техніці отримали жаростійкі сплави Ni з Cr — ніхроми. Найбільшого поширення набули ніхроми з 80% Ni, які до появи хромалів були найжаротривкішими промисловими матеріалами. Спроби здешевити ніхроми зменшенням вмісту в них Ni привели до створення фероніхромів, у яких значна частина Ni заміщена Fe. Найпоширенішою виявилася композиція з 60 % Ni, 15 % Cr і 25 % Fe, хоча серйозної конкуренції ніхромам вона зробити не змогла. Ніхроми і фероніхроми характеризуються рідкісним поєднанням високої жаротривкості і високого електричного опору. Тому вони разом із хромалями є двома найважливішими класами сплавів, що використовуються для виготовлення високотемпературних електричних нагрівачів. Для електронагрівників в більшості випадків випускають ніхроми, леговані кремнієм (до 1,5 %) у поєднанні з мікродобавками рідкоземельних, лужноземельних або ін. металів. Гранична робоча температура ніхромів цього типу складає, як правило, 1200 °C, а окремих марок і до 1250 °C.

Нікелеві сплави, що містять 15—30 % Cr, леговані Al (до 4 %), є жаротривкішими від сплавів, легованих Si. Проте з них важче отримати однорідні за складом дріт чи стрічку, що необхідне для надійної роботи електронагрівачів. Тому такі сплави використовуються зазвичай для виготовлення жаротривких деталей, що працюють при температурах до 1250 °C і не зазнають значних механічних навантажень.

Під час Другої світової війни у Великій Британії розпочалось виробництво жароміцних сплавів Ni — Cr — Ti — Al, званих німоніками. Ці сплави, що були створені як результат легування ніхрому (типа Х20Н80) титаном (2,5 %) і алюмінієм (1,2 %) (автор: Вільям Гріффітс англ. W.T.Griffiths), мали помітну перевагу по жароміцності над ніхромами чи спеціальними легованими сталями. Поява цих сплавів послужила поштовхом для розвитку авіаційних газотурбінних двигунів. За порівняно короткий термін було створено велике число складнолегованих сплавів типу німонік (з Ti, Al, Nb, Ta, Co, Мо, W, В, Zr, Ce, La, Hf) з робочою температурою 850—1000 °C. Аналогами німоніків у США є сплави Інконель, за ГОСТ 5632-72[3] — це сплави ХН60ВТ (Inconel 600, Inconel 601), ХН56МВКЮ (Inconel 617), ХН75МБТЮ (Inconel 625), ХН60Ю (Inconel 718), ХН70МВТЮБ (Inconel X-750), ХН80ТБЮ, ХН73МБТЮ.

Ускладнення легування погіршує здатність сплавів до гарячої обробки тиском. Тому поряд із деформівними сплавами, поширення набули ливарні сплави, які можуть бути легованими більшою мірою, а отже, і жароміцнішими (до 1050 °C). Проте для ливарних сплавів характерна менша однорідність структури і, як наслідок цього, дещо ширше розсіювання властивостей.

Сплави з 45—55 % Ni, леговані у невеликих кількостях Cu або Co, мають однаковий зі склом лінійний коефіцієнт теплового розширення, що використовується в тих випадках, коли необхідно забезпечити герметичний контакт між склом і металом (сплав ковар).

На практиці застосовують ще цілу низку нікелевих сплавів (з Cr, Мо, Fe та інші елементи), що володіють сприятливим поєднанням механічних і фізико-хімічних властивостей, наприклад корозієстійкі сплави для пружин, тверді сплави для штампів та ін. Окрім власне нікелевих сплавів, нікель входить як один із компонентів до складу багатьох сплавів на основі інших металів (наприклад, алні сплави).

Сплави Ni із Co (4 або 18%) належать до групи магнітострикційних матеріалів. Завдяки хорошій корозійній стійкості в прісній і морській воді такі сплави є незамінним матеріалом для гідроакустичної апаратури.