Свойства и сферы применения медно-никелевых сплавов

Медь давно известна своими высокими показателями электропроводности и теплоотдачи. Если в медь добавить легирующие вещества, то ее свойства значительно изменятся. Технические характеристики медно-никелевых сплавов значительно лучше, чем у чистого металла.  Сплавы на основе меди имеют высокую прочность и твердость. Они легко обрабатываются различными способами, устойчивы к воздействию влаги. Сплавы из меди и никеля широко применяются в различных областях промышленности.

Что это за сплав

При смешивании различных цветных металлов получают материалы с заранее запланированными повышенными свойствами. В сплаве меди и никеля последний выступает в качестве дополнительного легирующего компонента. Он вводится вместе с другими металлами, повышая прочность, твердость и жидкотекучесть меди, изменяя ее температуру плавления.

В качестве дополнительных легирующих элементов используют никель, алюминий, марганец.

Виды медно-никелевых сплавов

Легированный сплав меди никелем образует большое количество твердых растворов, которые делятся на несколько групп:

• конструкционные;
• электротехнические;
• ювелирные.

Основные характеристики конструкционных медно-никелевых сплавов: высокая твердость, сопротивление стиранию, коррозионная стойкость. Вместе с никелем используют марганец, хром, алюминий, цинк и другие компоненты.

В электротехнических сплавах содержание марганца может превосходить никель. Сплавы обладают стабильным сопротивлением, высокой токопроводностью.

К декоративным относятся соединения меди и никеля, хорошо поддающиеся разным видам обработки: резанию, деформации. Они обладают высокой жидкотекучестью.

Константан

Сплав маркируется — МНМц 40-1,5. Такое обозначение говорит о том, что в нем около 40% никеля. Константан относится к электротехническим материалам. Имеет высокое омическое сопротивление и малое линейное расширение при нагреве.

Пластичный материал хорошо обрабатывается прокаткой. Из константана делают проволоку и лист для термоэлектродов, преобразователей.

Копель

Медно-никелевый сплав с высокой термической устойчивостью, маркируется МНМц 43-0,5. Дополнительный легирующий компонент — марганец. Выпускается в виде проволоки различных диаметров. Используется для изготовления компенсационных проводов и низкотемпературных преобразователей. Устойчив к воздействию кислой среды, работает в инертных газах.

Основное свойство — высокая стабильность сопротивления при изменении температур. Относится к жаростойким материалам. Устойчиво сохраняет свои характеристики при температуре до 600⁰.

Нейзильбер

Ювелирный медный сплав с содержанием никеля 15% и цинка в пределах 20%. Никель придает сплаву белый цвет с зеленоватым или голубым отливом.

Немецкие химики изобрели сплав, как дешевый заменитель белого золота, не отличающийся от него внешне. Нейзильбер получился более твердым, устойчивым к влаге и пару. Не темнеет и не теряет своих декоративных свойств. В Европе использовался для изготовления наград и бижутерии. В настоящее время из него делаются медали, ордена, лады для гитар и хирургические инструменты.

Куниаль

Сплав выпускается в 2 вариантах и в конце маркировки имеет буквы А и Б. Оба вида сплава обладают коррозийной стойкостью. При повышенных температурах склонен к растрескиванию.

Куниаль-А легируется дополнительно алюминием, кобальтом и железом. Производится в виде прутков.

Куниали-Б — в меди растворяют только никель, содержание остальных веществ в сумме составляют не более 1%. Из материала изготавливают полосы для пружин и рессор.

Манганин

В этом сплаве кроме меди и никеля присутствует 13% марганца. Имеет красивый золотисто-красный цвет. Манганин может содержать железо. Он относится к изначально состаренным сплавам — приобретает свои механические свойства после термической обработки. Обладает электрической стабильностью при изменении температуры.

Манганин применяется в электроизмерительных приборах высокой точности, для создания эталонов.

Существует и другой состав сплава, в котором медь заменена серебром. Технические характеристики практически не отличаются. Белый Манганин значительно дороже.

Монель

Кроме меди и никеля в сплав добавляют марганец и железо. Монель назван в честь руководителя американской химической лаборатории, где разрабатывался сплав. Материал устойчив к коррозии, пластичен и прочен. Обладает высокой устойчивостью к воздействию кислот, щелочей. Маркируется — НМЖМц28-2,5-1,5.

Монель применяется при изготовлении приборов, оборудования химической, нефтяной промышленности. Используется в аппаратостроении, медицине и судостроительной промышленности для изготовления антикоррозионных деталей.

Сплав высокопластичный, легко обрабатывается в холодном и горячем состоянии. Механическая обработка возможна только на низких оборотах.

Мельхиор

Белый твердый сплав содержит меди в пределах 70–90%. Относится к ювелирным составам. Кроме никеля имеет легирующие вещества:

• 0,8% железа;
• 1% марганец.

Обладает высокой коррозионной устойчивостью в морской соде и среде газов. Температура плавления в пределах 1150–1230⁰, не зависит от соотношения составляющих.

Наиболее распространенные марки мельхиора — МНЖМц30-1-1 и МН16. Свои технические характеристики получает после отжига. Относится к группе изначально состаренных сплавов.

В прошлом веке мельхиор называли серебром для пролетариата. Внешне не отличается от серебра, но значительно тверже и дешевле его. Посуда и ложки из него также окисляются и темнеют, как из чистого серебра. Требуют постоянного ухода. Низкая стоимость материала позволяла простым рабочим купить из него посуду и выдавать ее за серебряную. Хорошо чистится простым зубным порошком и пастами без добавок.

Из мельхиора делают ложки, вилки, столовую посуду, различные украшения. Он хорошо поддается обработке, резьбе, чеканке. Из него изготавливают хирургические инструменты, монеты, медали.

Марки и химический состав сплава

Сплавы изготавливаются на основе меди, в которую добавляется никель и другие составляющие, согласно ГОСТ 492-73. Обладая высокой пластичностью, материалы относятся к обрабатываемым давлением. Дополнительно легируются другими элементами:

• марганцем;
• алюминием;
• цинком;
• железом.

Наибольшее количество выпускаемых сплавов приходится на двухкомпонентные составы, которые отличаются лишь содержанием основных веществ. Это марки МН25, МН19 и МН95-5. с увеличением доли никеля повышается электросопротивление и прочность. Снижаются теплопроводность, пластичность и линейное расширение. Например, МН95-5 характеризуется хорошими механическими свойствами, легко обрабатывается давлением, не образует коррозионных трещин.

Мельхиор марки МН19 значительно превосходит МН95-5 по прочности, твердости, коррозионной устойчивости. Он не образует микротрещин при низких температурах, подвергается холодной и горячей штамповке. Температура плавления и рекристаллизации (переход в твердое состояние) у него гораздо выше.

Конструкционные составы обладают высокой коррозионной прочностью и твердостью. В качестве дополнительных легирующих веществ в них входят хром, магний, литий, кобальт. К таким сплавам относятся:

• куниали;
• нейзильбер;
• мельхиоры;
• МН95-5;
• МНЖ5-1.

Сплавы представляют собой твердые растворы никеля и других компонентов. Имеют высокую прочность, коррозионную устойчивость. Свои свойства приобретают после термической обработки.

Куниали — трехкомпонентные составы с добавлением алюминия. Обрабатываются давлением в горячем состоянии. Нейзильберы и мельхиоры устойчивы в кислой и щелочной среде, морской воде. Обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии. Обработка резанием допускается только на малых режимах, чтобы исключить сильный нагрев и подкаливание в зоне реза.

Электротехнические составы отличаются высокой электропроводностью, пластичностью, стабильной ЭДС. К ним можно отнести:

• МН0,6 — ТП;
• МНЖКТ5-1-0.2-0.2;
• МНМц40-1,5 — Константан;
• МНМц3-12;
• МНМц43-0,5 — Копель.

Из них изготавливают проволоку, прутки и полосу методом проката. Применяют в различных электрических приборах, сетях, термопарах и другом электрическом оборудовании.

Добавление марганца делает медно-никелевые составы пластичными, устойчивыми к низким температурам.

Свойства

При растворении никеля в меди повышаются механические свойства исходных материалов:

• твердость;
• прочность;
• пластичность;
• сопротивление на разрыв и изгиб.

Сплав обладает высокой коррозионной устойчивостью в агрессивной среде и морской воде. Составы с высоким содержанием никеля, включающие в себя алюминий и магний обладают повышенной прочностью. Двухкомпонентные составы имеют стабильное значение сопротивления.

Высокие литейные качества позволяют отливать из медно-никелевых твердых растворов детали с мелкими элементами, ювелирные украшения. Никель и марганец повышают свариваемость деталей, позволяя соединять даже разные по составу материалы.

Применение

Медно-никелевые сплавы широко применяются в различных областях промышленности. Из них делают проволоку, компенсационные пружины, конденсаторные трубы, детали измерительных приборов, реле, датчиков.

Применяемые в качестве ювелирных составов, мельхиор и нейзильбер широко используют в приборостроении. Из них делают острые скальпели и другие медицинские инструменты.

Награды, корпуса часов, бижутерия и многие другие красивые и полезные мелочи отливают и штампуют из медно-никелевых сплавов. Из них делают трубопроводы, работающие в агрессивной среде, пружины, служащие в холод, детали машин и станков.