Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) — характеристика, которая указывает, во сколько раз изменятся линейные размеры или объем изделия при неизменном давлении и повышении температуры на 1°К. Для сталей с заданным ТКЛР эта величина является регламентированной, что позволяет точно вычислять линейные размеры деталей из прецизионных сплавов при использовании их в определенных температурных режимах.
Прецизионные сплавы с заданным ТКЛР разбиваются на группы в соответствии с их магнитными свойствами: ферромагнитные металлы и немагнитные стали. Внутри групп они делятся на подгруппы по значению ТКЛР.
Ферромагнитные материалы:
Немагнитные сплавы:
Вне зависимости от ТКЛР все прецизионные немагнитные материалы отличаются высокой упругостью и устойчивостью к механическим воздействиям.
Главные факторы, которые влияют на характеристики сплавов с заданным ТКЛР — это их химический состав и технология производства. Для достижения требуемого значения температурного коэффициента к базовым металлам добавляют вольфрам, бериллий, кобальт, медь, титан, марганец, хром, алюминий, ванадий или молибден.
Концентрация легирующих элементов напрямую влияет на температурный коэффициент линейного расширения. К примеру, медь и кобальт увеличивают температурный диапазон стабильности ТКЛР, а хром, наоборот, уменьшает его.
Требуемое значение коэффициента в ферромагнитных сталях достигается путем уменьшения или увеличения количества никеля в сплаве. Например, инвар — железо-никелевый сплав с содержанием никеля 35-36% (сталь марки 36Н) — имеет диапазон рабочих температур −100…+100 °C. При увеличении количества никеля до 42% получается платинит (сплав 42Н), который сохраняет свои свойства при температурах уже до 300°С.
При изготовлении сплавов с низким ТКЛР для стабилизации параметров во времени применяется один из методов последующей обработки:
При производстве металлов с более высокими коэффициентами применяется закалка при 1 100…1 150°С с последующим охлаждением в воде. Также может использоваться отжиг при температурах до 1 050°С.
Выпускаются сплавы с заданным температурным коэффициентом в виде прутка, проволоки, холоднокатаной ленты, полосы и трубы.
Разработка новых прецизионных сплавов с заданными тепловыми свойствами оказала высокое влияние на развитие технологий в области радио- и криогенной техники, а также квантовой электроники. Там, где даже минимальное влияние магнитных полей ферромагнитных материалов оказалось недопустимым, широкое применение нашли немагнитные металлы с минимальным ТКЛР: марки сталей 72ТФ, 75ТМ, 75НМ-ВИ, 76НХВГ93ЦТ, 80НМВ, 80HMBX3, 95ХК и 96Х.
Немагнитные прецизионные сплавы с высоким ТКЛР (56ДГНХ, 70ГНДХ) используют при изготовлении термобиметаллов.
Ферромагнитные материалы с минимальным температурным коэффициентом применяют в метеорологии, геодезии, при обустройстве потенциально опасных трубопроводов.
Сплавы с низким и средним ТКЛР используются для спайки с керамикой и стеклом. К примеру, такой материал как ковар (29НК) изготовляется на Петербургском заводе прецизионных сплавов в виде холоднокатаной ленты. Его используют для вакуумно-плотных соединений в металлостеклянных и металлокерамических конструкциях при изготовлении деталей летательных аппаратов и космических спутников.
