Никель известен с середины XVIII века. Он обладает ферромагнитными свойствами и высокой прочностью, эластичен и поддается обработке разных видов, в том числе ковке, штамповке, сварке. Устойчив к воздействию щелочных и других активных сред, выдерживает нагревание до 800°С, не окисляясь. В чистом виде никель применяется преимущественно для создания антикоррозийной защиты металлических изделий, а также металлических изделий, эксплуатируемых в условиях высокоагрессивных сред, где недостаточно стойкости нержавеющей стали — котлы, трубы, цистерны для щелочей, кислот, реагентов, оборудование для ядерных исследований и др.
Более широко используются никелевые сплавы — примерно 84-85 % добываемого никеля направляется на их производство. Они обладают массой преимуществ и активно применяются в промышленности в различных отраслях. Как и чистый никель, отличаются высокой стойкостью к коррозии, в том числе в жидких и газовых средах, устойчивы к воздействию высоких температур, механическому воздействию и ударным нагрузкам. Каждый сплав имеет свои особенности в зависимости от процента содержания никеля и добавления других примесей.
Никель при добавлении других металлов остается достаточно пластичным и передает свои свойства — фактически получившееся соединение обладает свойствами, близкими чистому никелю, в числе которых:
Точные характеристики зависят от состава — какой процент никеля содержится, наличия и соотношения добавок. Чаще всего добавляются алюминий, марганец, медь, хром, кремний и др. Могут присутствовать магний, сера, свинец и другие химические элементы.
Их выделяют четыре:
Некоторые элементы добавляются для улучшения механических и физических характеристик сплава, другие влияют негативно, однако избавиться от них не удается, поэтому ограничивается верхний предел процентного содержания. Требования определяются ГОСТ 492-73, а также введенным в действие с 2015 года ГОСТ Р ИСО 22033-2014, дублирующим стандарт ISO 22033:2011.
Кремний улучшает прочность, стойкость к химическим воздействиям, литейные свойства. Алюминий повышает электрическое сопротивление (как и марганец), жаропрочность, антикоррозийные свойства. Железо не влияет выраженно на свойства, но делает сплав более доступным по стоимости. Кобальт повышает прочность, жаростойкость и жаропрочность.
Сера снижает прочность металла, провоцируя появление трещин при нагревании — смягчить ее действие можно, добавив в состав магний или марганец. Углерод при содержании до 0,1 % влияния не оказывает, но если его больше, снижает пластичность и приводит к выпадению при отжиге. Висмут и свинец могут находиться в сплаве в количестве не более 0,001 % и 0,0006 % — если их более 0,002 %, это приводит к невозможности горячей обработки.
Медно-никелевые сплавы обычно выделяются в отдельную группу. В них главную роль играет медь, а никель выступает главным легирующим элементом. Такое сочетание обеспечивает прочность, устойчивость к разным видам коррозии, электрическое сопротивление. При этом в состав также могут входить и другие добавки (алюминий, цинк, титан, свинец и др.) — их должно быть не более 2 %.
Вариантов очень много — здесь рассмотрим только те, которые чаще применяются в разных отраслях производства. Хотя все они выдерживают высокие температуры и при этом интенсивные нагрузки, являются короззионностойкими и обладают другими преимуществами, проявляются эти качества по-разному. Поэтому отличаются особенности и специфика применения разных сплавов.
Содержит до 67 % никеля, также в составе медь и небольшое количество железа. Есть марки монеля с титаном и алюминием. Среди его преимуществ:
Некоторые сплавы этой группы не обладают магнитными свойствами, другие не горят в чистом кислороде — их можно использовать в агрессивных средах. Монель применяют как конструкционные или биметаллы.
Сплав никеля и хрома, относится к аустенитным, с высокой жаропрочностью. Причем при длительном нагревании на поверхности формируется защитная оксидная пленка — пассивирующий слой, благодаря чему металл не разрушается. Инконель остается стабильным в агрессивных средах, в т.ч. органических, устойчив к пластической деформации и часто выступает в качестве замены нержавеющим сталям и алюминию, если необходим материал, обладающий коррозийной и жаростойкостью.
Сплав на основе никеля с железом и хромом обладает высокой жаростойкостью и жаропрочностью, а также устойчивостью к коррозии, в том числе межкристаллитной. В качестве легирующих добавок в состав могут вводиться титан, алюминий, медь, молибден и др. Инколои также обладают высокой прочностью на разрыв и сопротивляемостью ползучести, что позволяет применять изделия из них в экстремальных условиях, в том числе в агрессивных средах.
В состав включается молибден, в некоторых случаях добавляются медь, железо, углерод, как легирующие — титан, алюминий, вольфрам и др. Эти никелевые сплавы устойчивы к воздействию кислот, закаливаются при 1150-1175°С (с охлаждением водой или воздухом), однако могут поддаваться коррозии при 600-850°С. Используются в изделиях, применяемых при повышенных температурах и давлении, а также если они контактируют с агрессивными веществами.
Здесь описаны далеко не все сплавы и биметаллы, в которых присутствует никель. Выбирая вариант для ваших изделий, следует иметь в виду, что российские и стандарты других стран могут отличаться — однако можно подобрать аналог, в том числе соответствующий ГОСТ, что гарантирует соответствие состава и параметров заявленным.