Медно-никелевый сплав

К медно-никелевым сплавам относятся сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является никель. Легирование меди никелем значительно повышает ее механические свойства, коррозионную стойкость, термоэлектрические характеристики. Промышленные медно-никелевые сплавы можно условно разделить на две группы: конструкционные и электротехнические. К первой группе относятся коррозионно-стойкие и высокопрочные сплавы типа мельхиор, нейзильбер и куниаль. В качестве дополнительных легирующих элементов в них добавляют марганец, алюминий, цинк, железо, кобальт, свинец, а также хром, церий, магний, литий.

Мельхиоры имеют высокую коррозионную стойкость в различных средах - в пресной и морской воде, в органических кислотах, растворах солей, в атмосферных условиях. Добавки железа и марганца увеличивают стойкость медно-никелевых сплавов против ударной коррозии. Являясь твердыми растворами, мельхиоры обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

Сплавы на основе меди, в которых основными легирующими компонентами являются никель и цинк, называются нейзильберами. Они представляют собой твердые растворы на основе меди. Легирование цинком приводит к повышению механических свойств медно-никелевых сплавов и приданию им красивого серебристого цвета и удешевлению. Нейзильберы отличаются высокой коррозионной стойкостью: не окисляются на воздухе, сравнительно устойчивы в органических кислотах и растворах солей. Нейзильберы обрабатываются давлением в горячем (за исключением свинцовистого нейзильбера) и в холодном состоянии. Небольшое количество свинца вводится для улучшения обработки резанием.

Сплавы на основе тройной системы Сu-Ni-А1 называют куниалями. Эти сплавы отличаются высокими механическими и упругими свойствами, коррозионной стойкостью, устойчивостью при низких температурах. Обрабатываются давлением в горячем состоянии.

Согласно диаграмме состояния предел растворимости а-твердого раствора на основе меди резко уменьшается с понижением температуры. Поэтому куниали относятся к дисперсионно-твердеющим сплавам. Они упрочняются после термической обработки, заключающейся в закалке с 900-1000 °С в воду и старении при 500-600 1-2 ч. При старении происходит распад пересыщенного твердого раствора с образованием двух- или трехфазной структуры с мелкодисперсными выделениями 0-фазы, представляющей собой соединение NiAl, или одновременно 6- и Р-фазы, представляющей собой соединение NiAl₂.

К конструкционным медно-никелевым сплавам также относятся сплавы МН95-5 и МНЖ5-1, обладающие высокими механическими свойствами и коррозионной стойкостью, они не склонны к коррозионному растрескиванию.

Были предложены новые группы дисперсионно-твердеющпх сплавов на основе системы Сu-Ni. Это сплавы для токоведущих пружин, работающих при высоких температурах (до 250 °С) состава: 1) Ni (15-20)%, Сr (3,5-4)%, Мn (2,1-3)%, V (0,01-0,5)%, Се (0,01-0,05) %, остальное Сu; после термической обработки (закалка + старение) сплав имеет следующие свойства: 370HV; σ_в = 1250 МПа; δ = 3%; 2) Ni (4-4,5)%, Si (0,8-1,2)%, Сr (0,4-0,6) %, Аl (0,7-1,1)%, Mg (0,3-0,6) %, Li (0,005-0,04)%; остальное Сu; после термической обработки (закалка + старение): 310 HV; σ_в = 1000 МПа; σ_0,2 = 930 МПа; Е = = 130 ГПа; σ_упр = 825 МПа; электропроводность составляет 20 % электропроводности меди.

Разработана принципиально новая группа сплавов типа нейзильбер с двухфазной (а + в) структурой, например сплав Сu-15% Ni -37,5% Zn. К этим сплавам применяется обработка «микродуплекс», заключающаяся в закалке с последующей холодной деформацией с заданной степенью обжатия, определяющей возможность прохождения рекристаллизации при старении с одновременным выделением в-фазы.

Выделение в-фазы облегчает зарождение рекристаллизованных зерен вследствие обеднения пересыщенного твердого раствора и тормозит их рост благодаря снижению энергии их границ. В результате такой обработки образуются сверхмелкие зерна и мельчайшие выделения второй фазы, что приводит к росту механических свойств, особенно предела усталости, а при старении приобретается сверхпластичность.