Прецизионные упругие сплавы

Прецизионные упругие сплавы — материалы для чувствительных пружинных элементов приборов: часовых пружин, мембран манометров, торсионов датчиков, пружин реле, гироскопов, электровакуумных приборов. От обычных пружинных сталей их отличают три вещи: коррозионная стойкость на уровне нержавеющих, немагнитность (или заданная слабая магнитность), стабильность упругих свойств после многократного циклирования и при изменении температуры.

Ключевая химия

• 36НХТЮ — 35–37 % Ni, 11–13 % Cr, 2,5–3,3 % Ti, 0,8–1,3 % Al, остальное — железо. Дисперсионно-твердеющий сплав, упрочняется старением при 700 °C через выделение γ′-фазы Ni₃(Ti,Al).
• 40КХНМ — 39–41 % Co, 19–21 % Cr, 15–17 % Ni, 6–8 % Mo, остальное — железо. Многокомпонентная кобальтовая система, работает по механизму карбидного и мартенситного упрочнения.
• 17ХНГТ (ЭИ814) — 8–10 % Ni, 16–18 % Cr, ~ 1 % Mn, 0,8 % Ti. «Полуаустенитная» система, приобретающая прочность при холодной нагартовке.
• 68НХВКТЮ — 67–69 % Ni, 8–10 % Cr, вольфрам, кобальт, титан, алюминий. Сложнолегированный сплав для условий одновременной работы при повышенной температуре и высоких напряжениях.

Химия и виды поставки — по ГОСТ 10994-74 и ГОСТ 14117-85.

Свойства и особенности

• Модуль упругости E: относительно стабилен: 200–220 ГПа при 20 °C, ТКЕ (температурный коэффициент модуля) в пределах ±(50–200)·10⁻⁶ 1/К.
• Прочность после старения: σв достигает 1500–2000 МПа при δ ≥ 3–5 %.
• Немагнитность: μ ≈ 1,003–1,05 (кроме 68НХВКТЮ, у которого допустима остаточная магнитность в узких пределах).
• Коррозионная стойкость: близка к аустенитной нержавеющей — устойчива к атмосфере, пресной воде, слабым кислотам.
• Термостойкость: длительная работа до 300–450 °C без потери упругих характеристик; выше — прогрессирующая релаксация.

Основные применения

• 36НХТЮ — мембраны манометров и дифманометров, силовые пружины датчиков давления, торсионы гироскопов, витые пружины для реле в химически агрессивных средах.
• 40КХНМ — часовые пружины (баланс, заводная), пружины прецизионных электромеханических приборов, немагнитные упругие элементы.
• 17ХНГТ (ЭИ814) — плоские пружины, ленточные торсионы, диафрагмы; выпускается в виде тонкой холоднокатаной ленты.
• 68НХВКТЮ — упругие элементы, работающие при 350–450 °C: пружины газовых приборов, элементы бортовой авионики.

Ключевая технология

Отличительная особенность работы с этими сплавами — двухстадийная технология: сначала деталь формуется в вязком, легко обрабатываемом состоянии после закалки на твёрдый раствор, затем закалённая заготовка старится в вакуумной или защитной печи при 500–750 °C для получения расчётных упругих свойств. Именно старение придаёт материалу требуемое σв, а холодная нагартовка перед старением увеличивает прочность ещё на 20–30 %. Такое разнесение операций делает возможным изготовление сложных пружинных форм — гофрированных мембран, спиральных торсионов, микропружин часового механизма.

Марки этой группы

• 36НХТЮ 36НХТЮ — прецизионный упругий немагнитный сплав дисперсионного твердения: состав по ГОСТ 10994, свойства, применение — мембраны, торсионы датчиков.
• 40КХНМ 40КХНМ — кобальтовый прецизионный упругий сплав: состав по ГОСТ 10994, немагнитность, коррозионная стойкость, применение — часовые пружины, датчики.
• 17ХНГТ 17ХНГТ (ЭИ814) — прецизионный полуаустенитный упругий сплав: состав по ГОСТ 10994, свойства, применение — плоские пружины, диафрагмы, торсионы.
• 68НХВКТЮ 68НХВКТЮ — прецизионный упругий сплав повышенной жаропрочности: состав по ГОСТ 10994, свойства, применение — пружины бортовой авионики, датчики.