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恒弹性合金

[拼音]:hengtanxing hejin

[外文]:constant elastic alloys

在一定温度范围内弹性模量几乎不随温度变化的弹性合金,又称为艾林瓦(Elinvar)型合金。Elinvar为法文élastictéinvariable的缩写,是“弹性不变”的意思。表征弹性随温度变化的物理量有弹性模量温度系数、切变模量温度系数等。通常金属的弹性模量温度系数约为-10-4℃-1,而恒弹性合金的弹性模量温度系数约为±10-5~±10-7℃-1(见金属力学 能的表征)。

法国吉尧姆(C.E.Guillaume)系统地研究了Fe-Ni合金的热弹 ,于1919年获得了成分为36Ni-12Cr-Fe的恒弹 合金,命名为Elinvar。以后,为了改善这种合金的力学 能,添加了不同的元素,制成各种牌号的铁镍基铁磁恒弹 合金(几种典型产品的成分和 能见表)。1940年日本增本量进一步制成Co-Cr-Fe系铁磁 恒弹 合金,如60Co-10Cr-Fe和 28Co-10Cr-23Ni-Fe。为了适应在磁场下工作的要求,60年代后,出现许多无磁 恒弹 合金,一种是逆铁磁 恒弹 合金(Fe-Mn、Mn-Ni、Mn-Cu系等),另一种是顺磁 恒弹 合金(Nb-Zr、Nb-Ti系等)。70年代以后,随着非晶态金属材料的发展,出现了一些非晶态恒弹 合金(如Fe-B、Fe-Si-B、Fe-Zr、Ni-Si-B系等)。这些合金除了具有恒弹性外,还具有热膨胀系数小、声衰小、强度高、硬度高、机电耦合系数大等优点(见非晶态精密合金。我国于50年代开始研究恒弹性合金;主要生产铁镍基铁磁性恒弹 合金。恒弹 合金有 Fe-Ni、Co-Fe、Fe-Mn、Mn-Cu、Mn-Ni、Nb-Zr、Nb-Ti系等。恒弹性合金主要用作弹 敏感元件(如压力传感器膜片、精密弹簧等),频率元件(如机械滤波器振子、钟表游丝等)、延迟线等。

弹性模量表征原子间结合力的大小。普通金属由于原子间结合力随温度增加而减小,弹性模量亦随温度升高而减小,如图中的AD曲线所示,这是正常弹性行为。在铁磁 恒弹 合金中,存在很大的自发体积磁致伸缩而使弹性模量减小,这种现象称ΔE效应。如果一种合金在居里温度Tc以下,随着温度升高,合金的铁磁性逐渐减弱ΔE效应随之减小。如图所示,AD曲线上的B1、B2、B3将分别变到B姈、B娦、B婭,即可以获得在某一温度范围内接近水平的弹 模量-温度特性曲线,也就获得了恒弹 。

目前大量使用的恒弹性合金,属于沉淀强化的 Fe-Ni系铁磁 恒弹性合金。这类合金的综合性能良好,恒弹性和力学 能很容易通过以下方法予以调整:

(1)添加合金元素。在合金中加入非铁磁性元素,降低合金的磁 ,减少合金的ΔE效应及改变ΔE效应与温度的关系,从而改变合金的弹性模量温度系数;在合金中加入强化元素促进相变析出过程,提高力学 能。

(2)热处理。通过高温固溶和中温回火,控制合金中析出相的数量和分布,改变合金基体中的镍铁浓度比,从而调整恒弹 和力学 能。

(3)冷变形。使合金产生一定的织构和内应力,并促进相变析出过程,从而改变合金的恒弹性和力学 能。

参考书目

C.E.Guillaume,Recherches Metrologiques Sur Les Aciers au Nickel, Paris, 1927.(Dunod):Trav Mém Bureau International Poids Mesures,1927.

Gustav KrügerMetallurgical Reviews,Vol.8,No.32,pp.448~459,1963.

齋藤:《応用金属学大系》,9,電磁材料,p.360,誠文堂新光社,東京,1965。

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