La industria metalúrgica juega un papel importante en la vida de todos, porque todos los días hay que lidiar con varios productos metálicos. Y están hechos de diversas aleaciones, que se obtienen mediante fundición. En la producción de estos materiales, se utilizan al menos dos metales y se utilizan aditivos especiales para mejorar las propiedades. Este artículo revisará varias aleaciones de hierro-níquel, sus propiedades y aplicaciones.
Sobre las propiedades del hierro
El hierro puro es de color gris plateado y es maleable y maleable. Los lingotes nativos que se encuentran en la naturaleza tienen un brillo metálico pronunciado y una dureza significativa. A la altura y conductividad eléctrica del material, transfiere corriente fácilmente con la ayuda de electrones libres. El metal tiene una refractariedad promedio, se ablanda a una temperatura de +1539 grados centígrados y pierde sus propiedades ferromagnéticas. Es un elemento químicamente activo. A temperaturas normales, reacciona fácilmente y, cuando se calienta, estas propiedades mejoran. En el aire, se cubre con una película de óxido que impide la continuación de la reacción. Cuando se expone a un ambiente húmedoaparece óxido, que ya no previene la corrosión. Pero, a pesar de ello, el hierro y sus aleaciones son muy utilizados.
Un poco de historia
Invar es una aleación de hierro y níquel, que incluye un 36% de aditivo de aleación. Fue descubierto por primera vez en Francia en 1896 por el físico Charles Guillaume. En ese momento, estaba trabajando en la búsqueda de un metal económico para patrones de medidas de masa y longitud, que estaban hechos de una aleación de platino e iridio muy costosa. Gracias a este descubrimiento, el científico recibió el Premio Nobel de Física en 1920.
La palabra "invar" en latín significa inmutable. Esto significa que el coeficiente de expansión térmica de una aleación de hierro y níquel permanece constante en un amplio rango de temperatura, desde -80 hasta 100 grados Celsius. Esta aleación tiene varios otros nombres: nilvar, vakodyl, nilo-aleación, radiometal. Invar es una marca comercial de Imphy Alloys Inc., propiedad del grupo siderúrgico Arcelor Mittal.
Aleación de hierro-níquel
Para mejorar las propiedades del hierro, utilizando diversos aditivos, se obtienen aleaciones. Los científicos creían que no sería difícil obtener una aleación de hierro y níquel, teniendo en cuenta las propiedades termodinámicas de los metales. Pero en la práctica, se encontraron con problemas. Durante la interacción de los metales, durante la producción de una aleación de hierro con níquel, como resultado de un proceso de oxidación lateral, el hierro del estado divalente pasa al estado trivalente.
Como resultado, el rendimiento de la aleación disminuye y ciertas propiedades físicas se deterioran. Para solucionar este problema, se añaden al electrolito aminas y ácidos orgánicos, que forman compuestos de baja solubilidad con el hierro férrico. En este sentido, la elasticidad del precipitado se vuelve mejor, y para su distribución uniforme, se mezclan los electrolitos. La aleación resultante de hierro y níquel se llama invar.
Uso de aleación Invar
El coeficiente de dilatación térmica insignificante permite que se utilice para la producción:
- partes de instrumentos;
- cinta y alambre para trabajos geodésicos;
- Estructuras de soporte láser;
- partes de movimientos de relojes, péndulos de cronómetro;
- productos laminados: barras y chapas laminadas en caliente, flejes laminados en frío, tubos sin soldadura, barras forjadas.
Para aumentar la resistencia, se realiza una deformación plástica en frío de la aleación de hierro y níquel y luego se realiza un tratamiento térmico a baja temperatura. Para una mayor resistencia a la corrosión en condiciones atmosféricas normales, se pule su superficie y se aplica una capa protectora si el producto está destinado a ser utilizado en ambientes agresivos. Las propiedades anticorrosivas de Invar también aumentarán cuando se agregue aproximadamente un 12 % de cromo a su composición, mientras que conserva una elasticidad constante cuando se calienta a 100 grados.
Aleaciones magnéticas
Estas aleaciones son ampliamente utilizadas en ingeniería eléctrica. Se utilizan para fabricar imanes permanentes, núcleos de transformadores,instrumentos eléctricos de medida, electroimanes. La gente sabe desde hace tiempo que el hierro es magnético y, como resultado, tiene muchos usos.
Mucho más tarde se descubrió que la misma propiedad es inherente al níquel y algunos otros metales. Los productos fabricados con una aleación magnética de hierro y níquel también tienen la capacidad de mantener su propio campo magnético cuando el externo ya no está presente. Además, este campo personal puede volver a influir en otros cuerpos magnéticos.
Níquel, cob alto y sus aleaciones
El cob alto y el níquel son elementos del subgrupo del hierro. Los tres elementos tienen propiedades similares, pero también hay diferencias significativas. Ambos metales son más densos que el hierro y mucho más duros y fuertes que el hierro. Son menos activos en términos químicos, difieren en resistencia a la corrosión. Además, los metales son valorados por su mayor resistencia a la corrosión por gases.
Las desventajas del cob alto y el níquel son su alta toxicidad y su costo significativo en relación con el hierro. Encuentran su aplicación para el revestimiento exterior anticorrosivo de productos hechos de acero al carbono y hierro por reacciones electroquímicas. Y también se utilizan para la fabricación de componentes y piezas que requieren una mayor resistencia y dureza. Cabe señalar el significado especial de las aleaciones de hierro, níquel y cob alto, que se denominan koinvar, invar, supermalloy, permalloy y malloy. Su principal ventaja radica en la altapropiedades magnéticas. Estas aleaciones se utilizan para producir circuitos magnéticos para diversos dispositivos electromagnéticos.
Aleación Kovar
La mezcla consiste en metales con excelentes propiedades mecánicas. Son fáciles de procesar, se someten fácilmente a laminado, brochado, forjado y estampado. Y la aleación de cob alto, níquel y hierro también se llama kovar. Una acertada combinación de elementos químicos dota al material de excelentes características. Esta aleación tiene buena conductividad térmica, un alto coeficiente de resistividad eléctrica e índices de expansión lineal cercanos a cero en un amplio rango de temperatura. La única desventaja es la baja resistencia a la corrosión en ambientes húmedos, por lo que a menudo se utilizan recubrimientos protectores de plata. Kovar es ampliamente utilizado en la industria para la producción de:
- tuberías, cintas y alambres;
- condensadores;
- casos de equipos en instrumentación;
- detalles en electrónica de radio;
- casos en la industria del electrovacío.
La aleación contiene cob alto y níquel caros, lo que aumenta el costo del material, pero el buen rendimiento y la larga vida útil cubren la inversión inicial.
Aleaciones Alni
Alni es el nombre del grupo de aleaciones magnéticas de hierro, níquel y aluminio. Con un aumento en la concentración de aluminio y níquel dentro de ciertos límites, la inducción residual disminuye y la fuerza coercitiva aumenta. Las aleaciones más utilizadas en las que el aluminio de 11 a18% y níquel - 20-34%. Las principales propiedades de tales aleaciones son la conductividad eléctrica, la conductividad térmica y la ductilidad. Todos ellos se caracterizan por una buena soldadura.
Para utilizar aleaciones en la fabricación de imanes, se alean con cob alto y cobre. En este caso, el material adquiere dureza y fragilidad y tiene una estructura de grano grueso. Las aleaciones Alni se utilizan como material estructural para piezas de turbinas de gas y motores a reacción que funcionan a altas temperaturas de más de 1000 grados centígrados durante mucho tiempo, manteniendo el metal sin daños.
Conclusión
Todos los metales muy utilizados en la industria moderna son aleaciones. Por ejemplo, casi todo el hierro que se produce en el mundo se utiliza para producir hierro y acero. Esto puede explicarse por el hecho de que las aleaciones se caracterizan por mejores propiedades que los metales de los que se obtienen. Cabe señalar que las aleaciones que produce la industria tienen propiedades comunes para ellas: resistencia, dureza, elasticidad y plasticidad. Y los de hierro-níquel también tienen propiedades magnéticas, que se mejoran durante la producción con la ayuda de aleaciones adicionales.
