Metalurška industrija igra važnu ulogu u svačijem životu, jer svaki dan morate imati posla s raznim metalnim proizvodima. A izrađuju se od raznih legura, koje se dobivaju 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, njihova svojstva i primjenu.
O svojstvima željeza
Čisto željezo je srebrno-sive boje i savitljivo je i savitljivo. Nativni ingoti pronađeni u prirodi imaju izražen metalni sjaj i značajnu tvrdoću. Na visini i električnoj vodljivosti materijala lako prenosi struju uz pomoć slobodnih elektrona. Metal ima prosječnu vatrostalnost, omekšava se na temperaturi od +1539 stupnjeva Celzija i gubi svoja feromagnetska svojstva. To je kemijski aktivan element. Na normalnim temperaturama lako reagira, a kada se zagrije, ta svojstva se poboljšavaju. Na zraku se prekriva oksidnim filmom, koji sprječava nastavak reakcije. Kada je izložen vlažnom okruženjupojavljuje se hrđa, koja više ne sprječava koroziju. No, unatoč tome, željezo i njegove legure se široko koriste.
Malo povijesti
Invar je legura željeza i nikla, koja uključuje 36% aditiva za legiranje. Prvi ga je u Francuskoj 1896. godine otkrio fizičar Charles Guillaume. U to vrijeme radio je na potrazi za jeftinim metalom za standarde mjera mase i duljine, koji su bili izrađeni od vrlo skupe legure platine i iridija. Zahvaljujući ovom otkriću, znanstvenik je 1920. dobio Nobelovu nagradu za fiziku.
Riječ "invar" na latinskom znači nepromjenjiv. To znači da koeficijent toplinskog širenja legure željeza i nikla ostaje konstantan u širokom temperaturnom rasponu - od -80 do 100 stupnjeva Celzija. Ova legura ima nekoliko drugih naziva: nilvar, vakodil, nilo-legura, radiometal. Invar je zaštitni znak Imphy Alloys Inc., koji je u vlasništvu Arcelor Mittal steel group.
Legura željeza i nikla
Za poboljšanje svojstava željeza, korištenjem raznih aditiva, dobivaju se legure. Znanstvenici su vjerovali da neće biti teško dobiti leguru željeza i nikla, uzimajući u obzir termodinamička svojstva metala. No u praksi su naišli na probleme. Tijekom interakcije metala, tijekom proizvodnje legure željeza s niklom, kao rezultat procesa bočne oksidacije, željezo iz dvovalentnog stanja prelazi u trovalentno stanje.
Kao rezultat toga, prinos legure se smanjuje, a određena fizička svojstva pogoršavaju. Za rješavanje ovog problema u elektrolit se dodaju amini i organske kiseline koje tvore spojeve niske topljivosti s feri željezom. U tom smislu, elastičnost taloga postaje bolja, a za njegovu ravnomjernu raspodjelu elektroliti se miješaju. Dobivena legura željeza i nikla naziva se invar.
Upotreba legure invara
Nebitan koeficijent toplinske ekspanzije omogućuje korištenje u proizvodnji:
- dijelovi instrumenta;
- traka i žica za geodetske radove;
- Laserske potporne strukture;
- dijelovi satova, njihala kronometra;
- valjani proizvodi: toplo valjana šipka i lim, hladno valjana traka, bešavne cijevi, kovane šipke.
Za povećanje čvrstoće izvodi se hladna plastična deformacija legure željezo-nikl, a zatim se vrši niskotemperaturna toplinska obrada. Za veću otpornost na koroziju u normalnim atmosferskim uvjetima, njegova se površina polira i nanosi zaštitni sloj ako je proizvod namijenjen za korištenje u agresivnim okruženjima. Antikorozivna svojstva Invara također će se povećati kada se u njegov sastav doda oko 12% kroma, dok zadržava stalnu elastičnost kada se zagrije na 100 stupnjeva.
Magnetske legure
Ove legure se široko koriste u elektrotehnici. Koriste se za izradu trajnih magneta, jezgri transformatora,električni mjerni instrumenti, elektromagneti. Ljudi već dugo znaju da je željezo magnetsko, i kao rezultat toga, ima mnogo namjena.
Mnogo kasnije je otkriveno da je isto svojstvo svojstveno niklu i nekim drugim metalima. Proizvodi izrađeni od magnetske legure željeza i nikla također imaju sposobnost održavanja vlastitog magnetskog polja kada vanjsko više nije prisutno. Štoviše, ovo osobno polje opet može utjecati na druga magnetska tijela.
Nikal, kob alt i njihove legure
Kob alt i nikal su elementi podskupine željeza. Sva tri elementa imaju slična svojstva, ali postoje i značajne razlike. Oba metala su gušća od željeza i mnogo tvrđa i čvršća od željeza. Oni su manje aktivni u kemijskom 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 antikorozivnu vanjsku prevlaku proizvoda od ugljičnih čelika i željeza elektrokemijskim reakcijama. Također se koriste za proizvodnju komponenti i dijelova koji zahtijevaju povećanu čvrstoću i tvrdoću. Treba istaknuti poseban značaj legura željeza, nikla i kob alta, koje se nazivaju koinvar, invar, supermalloy, permalloy i malloy. Njihova glavna prednost leži u visokommagnetska svojstva. Ove legure se koriste za proizvodnju magnetskih krugova za razne elektromagnetske uređaje.
Alloy Kovar
Mješavina se sastoji od metala izvrsnih mehaničkih svojstava. Lako se obrađuju, lako se podvrgavaju valjanju, provlačenju, kovanju i štancanju. A legura kob alta, nikla i željeza inače se zove kovar. Dobro odabrana kombinacija kemijskih elemenata daje materijalu izvrsne karakteristike. Ova legura ima dobru toplinsku vodljivost, visok koeficijent električnog otpora i indekse linearne ekspanzije blizu nule u širokom temperaturnom rasponu. Jedini nedostatak je niska otpornost na koroziju u vlažnim okruženjima, 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;
- pojedinosti u radioelektronici;
- slučajevi u elektrovakuumskoj industriji.
Legura sadrži skupi kob alt i nikal, što povećava cijenu materijala, ali dobre performanse i dug vijek trajanja pokrivaju početno ulaganje.
Alni legure
Alni je naziv grupe za magnetske legure željezo-nikl-aluminij. S povećanjem koncentracije aluminija 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 vodljivost, toplinska vodljivost i duktilnost. Sve ih karakterizira dobro zavarivanje.
Za korištenje legura u proizvodnji magneta, legirane su s kob altom i bakrom. U tom slučaju materijal stječe tvrdoću i lomljivost i ima grubo zrnastu strukturu. Alni legure se koriste kao konstrukcijski materijal za dijelove plinskih turbinskih i mlaznih motora koji rade na visokim temperaturama većim od 1000 stupnjeva Celzija dugo vremena, držeći 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. To se može objasniti činjenicom da se legure odlikuju boljim svojstvima od metala od kojih se dobivaju. Valja napomenuti da legure koje proizvodi industrija imaju zajednička svojstva za njih: čvrstoću, tvrdoću, elastičnost i plastičnost. I željezo-nikl također imaju magnetska svojstva, koja se tijekom proizvodnje poboljšavaju uz pomoć dodatnog legiranja.
