Температуры плавления стали
При определённых условиях твёрдые тела плавятся, то есть переходят в жидкое состояние. Каждое вещество делает это при определённой температуре.
- Плавление — это процесс перехода вещества из твёрдого состояния в жидкое.
- Температура плавления — это температура, при которой твёрдое кристаллическое вещество плавится, переходит в жидкое состояние. Обозначается t.
Физики используют определённую таблицу плавления и кристаллизации, которая приведена ниже:
| Вещество | t,°C | Вещество | t,°C | Вещество | t,°C |
| Алюминий | 660 | Медь | 1087 | Спирт | — 115 |
| Водень | — 256 | Нафталин | 80 | Чугун | 1200 |
| Вольфрам | 3387 | Олово | 232 | Сталь | 1400 |
| Железо | 1535 | Парафин | 55 | Титан | 1660 |
| Золото | 1065 | Ртуть | — 39 | Цинк | 420 |
На основании таблицы можно смело сказать, что температура плавления стали равна 1400 °C.
Это интересно: Свойства стали — удельный вес, плотность кг см3 и другие
Свойства и характеристики фехралевого сплава
Фехраль марки Х23Ю5Т – востребованный в промышленности и приборостроении сплав, который используется наряду с другими марками фехраля: Х15Н80, Х20Н80. Это жаростойкий материал, выдерживающий нагрев до 1400°С. При изготовлении после первого прогревания до 400°С в структуре происходит рекристаллизация, и сплав становится хрупким, ломается при механическом воздействии, резких динамических нагрузках. У фехраля матовая серебристая или серая поверхность, допускаются разводы побежалости.
Фехраль Х23Ю5Т – характеристики:
- жаростойкость: предельная рабочая температура – 1400°С, в изготовлении и эксплуатации фехраль экономичнее никелевых и железоникелевых сплавов;
- удельное электрическое сопротивление: до 1,45 мкОм·м. Благодаря такому высокому параметру в соединении с высокой температурой плавления фехралевый сплав незаменим при изготовлении деталей нагревательных и тепловых приборов, нормально работают в условиях, где живучесть нихрома крайне низкая;
- устойчивость к окислению: материал сохраняет структуру в углеродо- и серосодержащих средах, в водороде и вакууме, при контакте с высокоглиноземистой керамикой;
- низкая плотность: 7,21 г/см3, по этому параметру фехраль также превосходит сплавы нихрома.
Фехраль Х23Ю5Т купить можно в 3–4 раза дешевле, чем нихром, что при таких высоких эксплуатационных характеристиках делает сплав этой марки очень востребованным в приборостроении и других отраслях промышленности.
Виды фехралей
| Марка сплава | Состав | Температура плавления | Другие названия |
|---|---|---|---|
| Х27Ю5Т | 26—28 % Хром, ~65-68 % Железо, 5—5,8 % Алюминий, 0,15—0,4 % Титан | 1450 °C | |
| Х23Ю5Т — сплав 875 (W-KA1) | 22—24 % Хром, 69—72 % Железо, 5—5,8 % Алюминий, 0,15—0,4 % Титан | 1500 °C | Kanthal A1, Alloy 875, Resistohm 145, Aluchrom 0, Alchrome 875, мегапир GS SY, еврофехраль |
| Х23Ю5 — сплав 837 (W-KAF) | 23 % Хром, 71,7 % Железо, 5,3 % Алюминий | 1500 °C | Kanthal AF, Resistohm Y, Aluchrom Y, Alloy 837, мегапир, GS SY, еврофехраль |
| Х15Ю5 | 15 % Хром, 79,7 % Железо, 5,3 % Алюминий | 1500 °C | Kanthal AF, Resistohm Y, Aluchrom Y, Alloy 837, мегапир, GS SY, еврофехраль |
Применение
Х27Ю5Т — для нагревательных элементов с предельной рабочей температурой 1350 °C в промышленных и лабораторных печах.
Х23Ю5Т — твёрдый, хрупкий сплав, с трудом поддающийся обработке, обладает высоким удельным электрическим сопротивлением (1,2—1,3 мкОм·м). Плотность 7100—7300 кг/м³, температура плавления около 1450 °C. Наибольшая рабочая температура 1350—1400 °C. Применяется для мощных электронагревательных устройств, лабораторных и промышленных печей. К недостаткам следует отнести общее свойство фехралей — рекристаллизационный порог в интервале температур 600—650 °C, что затрудняет использование данного сплава в термоциклическом режиме, а также невысокую пластичность. Также, этот сплав используется как один из наиболее популярных материалов для изготовления нагревательных спиралей в электронных сигаретах.
Х15Ю5 — имеет плотность 7,1 г/см³, температура плавления около 1450 °C. Наибольшая рабочая температура 750—950 °C. Применяется для мощных электронагревательных устройств, производства блоков резисторов и элементов сопротивления.
GS23-5 (Х23Ю5Т-Н-Ви) — это улучшенный вариант сплава Х23Ю5Т. Благодаря введению специальной лигатуры удалось существенно улучшить его физические свойства, что существенно облегчает навивку спиралей. Выдерживает рабочие температуры до 1350 °C. К недостаткам следует отнести общее свойство фехралей — рекристаллизационный порог в интервале температур 600—650 °C, что затрудняет использование данного сплава в термоциклическом режиме.
GS T (Х23Ю5-Н-Ви) — широко используется в высокотемпературных электропечах, печах обжига и сушки, различных электрических аппаратах теплового действия. Оптимален для использования в производстве трубчатых электрических нагревателей (ТЭН) и бытовых приборах.
Мегапир-150 — широко используется для производства резистивных элементов, в электропечах и различных электрических аппаратах теплового действия.
Мегапир-200 — используется в высокотемпературных электропечах, печах обжига и сушки, различных электрических аппаратах теплового действия, а также для производства резистивных элементов.
Это интересно: Дюралюминий — состав, свойства, применение различных марок сплава
Технические параметры
При выборе продукции из нихрома важно учитывать следующие особенности:
- номинальное удельное сопротивление;
- диаметр, сечение и вес;
- фактическое сопротивление и рабочие температурные границы в зависимости от физических параметров.
Номинальные значения основной параметрической характеристики определяются ГОСТом и зависят от марки и состава.
| Марка | Удельное сопротивление, Ом*м |
| Х20Н80 | 1175 |
| Х15Н60-Н | 1150-1210 |
| ХН70Ю-Н | 1300 |
| ХН20ЮС | 1020 |
Диаметр проволоки-нихрома определяет ее сечение, вес мотка и соответственное объективное сопротивление.
| Диаметр, мм | Площадь сечения, мм2 | Вес на 100 м, г | Сопротивление, Ом |
| 0,1 | 0,079 | 6,5 | 127 |
| 0,15 | 0,018 | 14,5 | 55-60 |
| 0,3 | 0,07 | 58 | 14-15 |
| 0,4 | 0,126 | 103 | 8 |
| 0,5 | 0,196 | 161 | 5 |
Таким образом, вес проволоки (нихром) на 100 метров продукции прямо пропорционален ее размерам, а диаметр и площадь сечения – обратно пропорциональны фактическому сопротивлению.
Рабочая температура зависит не только от химического состава, но и от параметрических характеристик.
| Марка | Рабочая температура, ˚С | |||
| диаметр продукции, мм | ||||
| 0,2 | 0,4 | 1,0 | 3,0 | |
| Х20Н80 | 950 | 1000 | 1100 | 1150 |
| Х15Н60-Н | 900 | 950 | 1000 | 1075 |
| ХН70Ю-Н | 950 | 1000 | 1100 | 1175 |
| ХН20ЮС | 900 | 950 | 1000 | 1050 |
Диаметр проволоки, изготавливаемой производителями, представляется в пределах 0,05-12 мм, а ленты – 0,15-3,2 мм.
Основные преимущества и недостатки кантала и фехраля
Нагревательные элементы на фехрали обладают рядом преимуществ по сравнения с другими подобными продуктами. Перечислим.
- Меньший вес готовой продукции, благодаря низкой плотности основы.
- Проволока из фехралевого элемента наделена высокой прочностью.
- Способность работать при высоких температурах разрешают использовать поделки в определенных сферах производства.
- Длительный период эксплуатации решений, произведенных их фехралевого материала.
- Обладает высокой текучестью.
- Конечные изделия имеют устойчивость к активному механическому воздействию или перегрузке.
- Стоимость производства значительно ниже других идентичных предметов за счет того, что один из основных компонентов – алюминий.
Несмотря на большое количество плюсов, компонент характеризуется некоторыми недостатками.
Главный минус сплава – низкий порог гибкости. По этой причине его предварительно нагревают прежде чем сгибать или протягивать. Для понижения коэффициента хрупкости и повышения эластичности состав элемента дополняют никелевыми примесями. Но в этом случае возрастает итоговая стоимость конечной поделки.
Второй недостаток – слабая сопротивляемость циклической обработки нагревания фехраля. Это объясняется тем, что при нагревании внутри товара происходит активное движение молекул, которое приводит к небольшому увеличению размеров. Когда перестают нагревать, он возвращается к исходному состояние. Учитывая хрупкость сплава, при постоянных операциях на нем начинают проявляться микротрещины, которые приведут к полному разрушению.
Конечный продукт будет подвержен процессу окисления. Это объясняется тем, что структура содержит большое количество железа и алюминия: металлы подвержены окислению.
Фехраль часто называют канталом. Это связано с тем, что компания «Кантал» в свое время сосредоточилась на выпуске проволоки, лент, спиралей и других аналогичных решений на основе фихралевого сплава. Соответственно, кантал стало именем нарицательным для товаров компании.
Каждый пользователь самостоятельно выбирает какой термин лучше использовать: кантал или фехраль.
Свойства фехраля
Завершенное изделие имеет следующие свойства:
- Электрическое сопротивление фехраля больше если сравнивать с подобными поделками.
- Из-за большой концентрации железа, материал наделен свойством магнитности.
- Удельное сопротивление сплава может достигать значение 1,3 Ом·мм?/м, что дает возможность применять его высоконагреваемых производственных сферах.
- Стойкость к окислительным процессам.
- Температура плавления – 1450 °C.
- Сплав выдержит энергичные нагрузки механического свойства, стоек к деформациям.
- Удельная плотность намного меньше если сравнивать с другими компонентами (7300 кг/м?).
Сравнительный анализ нихрома и фехраля
Физические особенности
Общей характеристикой фехраля и нихрома есть их высокие показатели удельного сопротивления. Номинальное удельное сопротивление нихрома напрямую зависит от диаметра нагревателя, а у фехраля оно определяется только лишь маркировкой. Температура, при которой плавится нихром, должна составлять более 1400°C, а фехраля – 1500°C. Удельная масса нихрома достигает более 8,40 г/см3, фехраль имеет меньшую массу – 7,21-7,28 г/см3.
Прочность фехраля и нихрома без нагрева
Нихром обладает пластичностью в комнатных условиях не меньше 20% относительно удлинению либо поперечному сужению проволоки. Фехраль маркой Х15Ю5 имеет пластичность около 16%, а маркировке Х23Ю5Т характерно 10%, что говорит о более низкой прочности, чем у нихрома. Временное сопротивление разрыву по средним показателям также выше у нихрома.
А вот по твердости выигрывает фехраль, но это способствует его ломкости. Ведь чем больше в составе хрома, тем выше ломкость материала. Поэтому навивать фехралевую проволоку можно лишь после ее нагрева до 300 градусов. А чтобы навить нихром, прогрев не нужен, он отлично собирается в катушку и при комнатной температуре.
Прочность при максимальных температурах на воздухе
Фехраль пригоден для высокотемпературных нагрузок и способен функционировать длительное время. Нихром выделяется абсолютно противоположными свойствами, он легко переносит частые включения и выключения, и незаменим в часто прерываемых рабочих циклах. А вот при сильном нагреве на протяжении длительного времени нихромовый нагреватель быстро выйдет из строя.
Стойкость к окислению нихрома и фехраля
Высокая концентрация никелевого состава не позволяет нихрому интенсивно окисляться. За время нагревания на поверхности нихромового элемента появляется тоненькая защищающая пленка окиси хрома, что понижает стойкость сплава в агрессивных условиях. Нихром быстрее окисляется в электропечах с повышением кислородного давления. Фехраль из-за большего количества железа и наличия алюминия имеет более высокую окисляемость с быстрым образованием плотной защитной пленки оксидного происхождения. Поэтому эксплуатация тонких проволок и лент затруднена, но фехраль имеет устойчивость к глинозёмной керамике в серосодержащих и углеродных печах.
Сферы применения фехраля и нихрома
Нихром зачастую используют для нагревательных приборов входящих в состав электрических печей обжига и сушек промышленных и лабораторных назначений, электрических плит, нагревающих воздух систем и т. д. Нихром выполняет функцию элемента нагрева в производстве реостатов. Фехраль используют для нагревателей с высокой термической выработкой.
Форма изготовления нихрома и фехраля (полуфабрикаты)
Изготавливают фехралевый и нихромовый сплавы по ГОСТу на данную категорию продукции. В основном готовые изделия имеют вид нити намотанной на катушку и проволоки собранную в бухту. Также существуют и полуфабрикаты в виде ленты и прутка.
Цены на фехраль и нихром
Рассмотренные нами проволочные нагревательные элементы имеют значительные различия в цене, нихром в три раза дороже фехраля. Причиной этому является разная рыночная оценка на элементы входящие в состав сплавов. Например, железо, входящее в состав фехраля стоит дешевле никеля для нихрома.
Выбирая необходимый сплав важно брать во внимание не только цены на материалы, но и учитывать максимальные показатели температурной нагрузки, период беспрерывной эксплуатации, и условия окружающей среды. Ведь в итоге неправильно выбранный нагревательный элемент может быстро износиться, и издержки превзойдут стоимость производимой продукции. Поэтому выбирая сплав, ориентируйтесь не на его стоимость, а на свойства сплавов, которые необходимы для решения задач в имеющихся условиях
Поэтому выбирая сплав, ориентируйтесь не на его стоимость, а на свойства сплавов, которые необходимы для решения задач в имеющихся условиях
Также, чтобы не обмануться лучше обращайтесь к поставщику, который существует на рынке не менее пяти лет. Соблюдение таких критериев позволит подобрать максимально качественный и подходящий элемент.
Поэтому выбирая сплав, ориентируйтесь не на его стоимость, а на свойства сплавов, которые необходимы для решения задач в имеющихся условиях. Также, чтобы не обмануться лучше обращайтесь к поставщику, который существует на рынке не менее пяти лет. Соблюдение таких критериев позволит подобрать максимально качественный и подходящий элемент.
Сравнение тормозных резисторов из фехрали и других материалов
Современные тормозные резисторы в большинстве случаев изготавливают из фехрали, что легко объяснить её существенными преимуществами перед другими материалами. Благодаря высокой рассеивающей способности и допустимой температуре нагрева, блоки резисторов из фехрали в несколько раз меньше по размерам от своих аналогов из других материалов. Компактные размеры позволяют размещать резисторы этого типа в корпусе частотного регулятора или в шкафу управления. Высокая устойчивость фехрали к воздействию воды и других активных химических веществ обеспечивает длительный период эксплуатации резисторов в самых неблагоприятных условиях. Даже при сильном перегреве резистора из фехрали, его активное сопротивление практически не изменяется.
Благодаря этому момент торможения электродвигателя будет постоянным во времени
Немаловажное достоинство резисторов из фехрали – это низкий вес, который является следствием низкой плотности материала. Использование фехралевых резисторов, в сравнении с традиционными резисторами из других материалов, имеет существенные преимущества в эффективности работы и стоимости
Производство
В основе технологии изготовления лежит обработка давлением с применением дорогостоящего оборудования – станов, прессов, печей. Выделяют 3 способа получения:
- Прокатывание. Нихром довольно пластичен, что позволяет получать из него проволоку “холодной” прокаткой. Круги больших размеров получают “горячей” прокаткой.
- Волочение. Представляет собой протягивание заготовок (катанок) сквозь постепенно сужающееся отверстие. Рабочая скорость операции не превышает 25 м/с. После получения требуемого диаметра проволоку подвергают термической и химической обработке.
- Прессование. Заготовки получают, выдавливая нагретый сплав через отверстия в матрице приспособления.
Газовые среды
Желательно, чтобы используемые газовые среды не имели соединений серы, поскольку взаимодействие серы и никеля приводит к образованию легкоплавкой эвтектики, которая проникает вглубь по границам зерен и вызывает хрупкость металла. Пайка жаропрочных сплавов на никелевой основе в газовых восстановительных средах требует тщательной очистки от остатка кислорода при помощи дунитового или платинового катализатора и дополнительной осушки до точки росы (-70°С). При пайке таких сплавов в вакууме или в нейтральных газовых средах — их следует тщательно осушать при помощи перекиси бария, фосфорного ангидрида или цеолита. Перед пайкой фехраль часто покрывают слоем меди или никеля толщиной 15 мкм. Это облегчает смачивание поверхностей припоем в нейтральных средах и вакууме без использования флюса.
Физические свойства
Износостойкость, как и коррозионная, сохраняется при повышенных температурах. Однако вследствие этого стеллит трудно обрабатывается. Температура плавления равна 1260–1300 °C.
Для ПР-ВЗК и ПР-ВЗК-Р максимальная температура наплавок – 750 и 800 °C соответственно. Данные сплавы характеризуются износостойкостью к влиянию механических нагрузок, химически активных сред, высоких температур, хорошо затачиваются.
Стеллит 6 устойчив к многим химическим и механическим факторам в обширном температурном диапазоне (до 950 °C), а также кавитационной коррозии и ударно вязок. Плавление происходит в диапазоне 1285–1410 °C. Плотность равна около 8,44 г/см3 (8,7 г/см3 по другим данным).
Стеллит 1 отличается немного сниженной вязкостью, что компенсируется повышенной устойчивостью к истиранию и пологой эрозии. Также по сравнению с прочими вариантами сплава более подвержен растрескиванию, поэтому требует более медленного охлаждения при наплавке. Плотность равна 8,7 г/см3, температурный диапазон плавления – 1190–1345 °C.
Стеллит 12 совмещает качества двух предыдущих типов. От первого он отличается лучшей устойчивостью к скольжению, трению, истиранию, пологой эрозии, термическому влиянию при стойкости к кавитации и высокой ударной вязкости. Предельная температура применения составляет 700 °C, а плавление происходит в интервале 1200-1365 °C. Плотность равна 8,5 г/см3.
Как было отмечено, параметры стеллита 21 в значительной степени определяются историей обработки. В любом случае он ориентирован на устойчивость к износу при истирании и скольжении. Более того, возможно существенное упрочнение поверхности при износе. Однако данный тип сплава плохо переносит истирание твердыми частицами. Кроме того, рассматриваемый сплав устойчив к термическому влиянию и ударам.
Стеллит может быть окрашен в антрацитово-серый, золотистый, красно-коричневый цвета и промежуточные оттенки. Блеск незначителен. Поверхность шероховата, что определяется технологией производства.
Плавление стеллена происходит в диапазоне 1285–1410 °C либо 1295-1480 °C. Как и стеллит, данные сплавы обладают устойчивостью к износу, кавитации, эрозии, истиранию, коррозии, абразивному и химическому влиянию.
Марки и химический состав
В состав нихрома входит до 80% никеля, около 22% хрома и 1,5% марганца, также в состав внесены дополнительные примеси. Сплавы нихрома разделены всего лишь на две группы: нежелезистые и железистые.
Нихром марок Х20Н80 и Х15Н60
Самым широко применяемым типом нихрома является маркировка Х20Н80, относящаяся к нежелезистым сплавам. Марка Х15Н60 – железистый сплав.
Никель, входящий в состав нихромового сплава определяет технологические свойства нагревателя в работе. Поэтому были созданы модифицированные сплавы содержащие большее количество основного вещества, в маркировке которых была добавлена буква «Н». На примере Х20Н80 можно увидеть, что общий состав марки не изменился, стало лишь больше никеля, и было добавлено небольшое количество циркония (модифицированная марка Х20Н80-Н), другие сплавы изменены по такому же принципу.
Фехраль
Основной составляющей фехралевого сплава есть Fe, Cr и Al. В зависимости от марки сплава компоненты добавляются в разной концентрации с дополнительными элементами Zr и Mn. С целью подбора оптимального соотношения компонентов для решения разного рода задач и работы в разных сферах было создано множество марок данного сплава.
Фехраль марок Х23Ю5Т, Х27Ю5Т, Х15Ю5
Указанные марки широко применяются в промышленности для высокотемпературных обработок. В их характеристики входят: некоторая стабильность, жаростойкость и надежность в работе. Х23Ю5Т имеет до 78% железа и выделяется неплохими показателями прочности. Х27Ю5Т характеризуется высокой концентрацией Cr, что снижает прочностные характеристики, поэтому сегодня все чаще используют его аналоги.
Читать также: Проточный водонагреватель электрический для квартиры рейтинг
Проволока: толщина, сопротивление и время нагревания
Проволока может быть сделана из различных металлов или сплавов, но помимо материала есть другие характеристики, которыми можно максимально точно описать проволоку.
Первым таким параметром является диаметр проволоки, в России это десятые доли миллиметра, в Америке же существует такое понятие как калибр проволоки. Проволоку нужного диаметра производят путем волочения более крупного провода сквозь отверстия меньшего размера, а количество таких волочений и будет составлять значение калибра. Чем это число больше, тем диаметр меньше. Наиболее популярные калибры: 32, 30, 26, 24, 22.
От диаметра проволоки обычно зависят ее сопротивление (чем меньше площадь, тем больше сопротивление) и время, необходимое для разогрева проволоки (чем меньше сечение, тем быстрее проволока нагревается).
Некоторые вейперы упоребляют словосочетание “время разгона” — это то время, которое необходимо, чтобы разогреть проволоку до температуры, при которой соприкасающаяся с ней жидкость испаряется.
Как отличаются нихром и фехраль?
Рассмотрим параметры каждого сплава и опередим, что же лучше – фехраль или нихром.
- Фехраль имеет удельным сопротивлением: 1,3 Ом?мм?/м против 1,1 Ом?мм?/м. Это значит, что он намного более стоек к электричеству если сравнивать с нихромом.
- Удельная плотность нихромового состава принимает очень высокое значение если сравнивать с фехралевыми элементами: 8500 кг/м 3 против 7300 кг/м?. Исходя из этого, фехраль намного более продуктивен в изготовлении.
- Соединения с большой концентрацией нихрома намного более пластичны. Это дает возможность применять его для создания эластичных и эластичных изделий В ТЕНАХ;
- Сопротивление большим температурам у фехралевого элемента выше, а это означает для товарного производства он более востребован.
- Нихромовая база выдерживает циклический процесс нагревания, тогда как фехраль рушиться после первых запусков.
- Наличие железа и алюминия в структуре фехраля, выполняет его слабоустойчивым к окислительным процессам. Замена обладает очень высокой стойкостью.
- Стоимость изготовления фехраля во много раз меньше, чем нихрома. Это можно объяснить тем фактом, что первый элемент имеет алюминий, цена которого намного меньше никеля. Аналогичным образом, многие предприятия промышленности переходят на применение фехраля в конечных продуктах.
Применяя сказанную выше информацию, становится понятно, почему фехралевые основы понемногу вытесняет нихромовые основы.
В публикации было приведено описание сплава фехраль, который применяется в нагревательных бытовых приборах, а еще на производстве в промышлености. Рассказано о его плюсах и минусах, сфере использования и специфики материала.
Также был проведен сравнительный анализ между нихромом и фехралем. Перечислены стороны как слабые так и сильные каждого.
Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Удельное сопротивления нихрома и других сплавов для нагревателей
Обычно распространенные стали и сплавы, такие как нержавеющая сталь, препятствуют прохождению электричества. Этот термин свойства известен как удельное сопротивление
. У нас в России, как и везде в Европе для описания удельного сопротивления принято использовать Омы на мм2 на м, в других странах еще может использоваться Ом см / фут или Ом, умноженное на круговые мили на фут Ohms /cmf .
Если бы только удельное сопротивление рассматривалось как основной фактор для электрического нагревательного элемента, выбор мог бы быть из нескольких материалов сплава с широким диапазоном стоимости. По своей экстремальной природе электрический нагревательный элемент часто нагревается докрасна, и обычные сплавы не могут выдерживать такое количество тепла
в течение длительного периода.
Семейства сплавов для нагревателей обладают сочетанием двух определенных свойств:
- Высокое электрическое сопротивление
- Длительный срок службы, потенциал выносливости в качестве нагревательного материала
Эти группы сплавов можно разделить на шесть основных классов. В данной статье мы рассмотрим такие сплавы, как нихром. Основные марки этих сплавов показаны с указанием их состава и удельного сопротивления нихрома.
| Никель-хромовые сплавы | ||
| 80 никель 20 хром | 1.0803 Ом · мм2 / м | 650 Ohms /cmf |
| 70 никель 30 хром | 1.18002 Ом · мм2 / м | 710 Ohms /cmf |
| 60 Никель 16 Хром 24 Железо | 1.12185 Ом · мм2 / м | 675 Ohms /cmf |
| 35 Никель 20 Хром 45 Железо | 1.01382 Ом · мм2 / м | 610 Ohms /cmf |
| Железо-Хром-Алюминий | ||
| 22 Хром 5 Алюминий 73 Железо | 1.45425 Ом · мм2 / м | 875 Ohms /cmf |
| 22 Хром 4 Алюминий 74 Железо | 1.35453 Ом · мм2 / м | 815 Ohms /cmf |
| 15 Хром 4 Алюминий 81 Железо | 1.2465 Ом · мм2 / м | 750 Ohms /cmf |
| Медно-никелевые сплавы для низкотемпературных применений | ||
| 45 Никель 55 Медь | 0.4986 Ом · мм2 / м | 300 Ohms /cmf |
| 22 Никель 78 Медь | 0.2991 Ом · мм2 / м | 180 Ohms /cmf |
| 11 Никель 89 Медь | 0.1495 Ом · мм2 / м | 90 Ohms /cmf |
| 6 Никель 94 Медь | 0.0997 Ом · мм2 / м | 60 Ohms /cmf |
| 2 никель 98 Медь | 0.0498 Ом · мм2 / м | 30 Ohms /cmf |
| Нержавеющая сталь и различные сплавы для низкотемпературных применений | ||
| Никель Марганец 94 Никель 5 Марганец | 0.1695 Ом · мм2 / м | 102 Ohms /cmf |
| 99,98 никель | 0.0748 Ом · мм2 / м | 45 Ohms /cmf |
| Монель 67 Никель 30 Медь | 0.48198 Ом · мм2 / м | 290 Ohms /cmf |
| Никель Кремний 3 Кремниевые весы Никель | 0.31578 Ом · мм2 / м | 190 Ohms /cmf |
| UNS S30400 18 Хром 8 Никель 74 Железо | 0.71965 Ом · мм2 / м | 433 Ohms /cmf |
О нагревателях и материалах для их производства
Нагреватель – это главный элемент печи, так как на него возложенная основная функция – нагрев. От его исправности и способности выдерживать большую температуру зависит работоспособность всей установки. К нагревателям выдвигается ряд требований. О них подробнее.
Нагревателям должны быть свойственны такие характеристики, как:
- высокая жаростойкость – возможность оказывать сопротивление газовой коррозии в процессе нагрева до высоких температур;
- достаточная жаропрочность – способность материала сохранять свою механическую прочность при нагреве.
Основные свойства материалов нагревателей
Материалы, используемые для производства нагревателей электропечей, должны иметь высокое удельное электрическое сопротивление. Именно от этой величины зависит способность элемента нагреваться. Если для изготовления нагревателя выбрать материал, омическое сопротивление которого меньше, то для достижения аналогичного результата длину его придется увеличить, а поперечное сечение уменьшить. Но, чаще всего, габаритные печи не позволяют установить элемент различных размеров. Также, стоит отметить, что от величины диаметра зависит срок службы нагревателя. Поэтому, в большинстве случаев, элементы нагрева изготавливаются из материалов с высоким электрическим сопротивлением, таких как:
- нихром марок Х20Н80, Х15Н60;
- фехраль марки Х23Ю5Т.
Эти хромоникелевые и железохромоалюминиевый сплавы относятся к прецизионным, которые отличаются высоким омическим сопротивление и другими характеристиками, необходимыми для получения качественных нагревателей.
При выборе материала для изготовления нагревателя учитывается и его температурный коэффициент электрического сопротивления. Лучше всего, если эта малая величина. Так как он является показателем того, насколько будет изменяться электрическое сопротивление материала в процессе нагрева. Если данный коэффициент велик, то включение печи и вывод её из холодного состояния проводится при пониженном напряжении, для чего необходимо использовать специальный понижающий трансформатор.
Очень важно, чтобы физические свойства материала нагревателя были постоянными. Например, если для его производства выбрать карборунд, то он через определенный период времени может изменить электрическое сопротивление, что приведет к усложнению процесса его эксплуатации. Для того чтобы стабилизировать данный параметр, возникнет необходимость в использовании многоступенчатого трансформатора с расширенным диапазоном напряжений
Для того чтобы стабилизировать данный параметр, возникнет необходимость в использовании многоступенчатого трансформатора с расширенным диапазоном напряжений.
Металлическим материалам, из которых производятся нагреватели, должны быть свойственны такие технологические параметры как пластичность и свариваемость, так как благодаря ним облегчается процесс изготовления нагревательных элементов сложных конфигураций. Для таких целей могут применяться и неметаллы. Неметаллический нагреватель прессуется или формируется.
Материалы для нагревателей
Наиболее часто для изготовления нагревателей используются прецизионные сплавы, обладающие высоким электрическим сопротивлением. К ним относятся хромоникелевые (нихром марок Х20Н80, Х20Н80-Н, Х15Н60, Х15Н60-Н) и железохромоалюминиевые (фераль марок Х23Ю5Т, Х27Ю5Т, Х23Ю5, Х15Ю5, Х15Н60Ю3, Х27Н70ЮЗ) сплавы.
Вышеперечисленным сплавам свойственны высокая жаропрочность и жаростойкость. Они способны нагреваться и работать при высоких температурах. Свойство жаропрочности обеспечиваются оксидной хромовой пленкой, которая образуется на поверхности материала. Её температура плавления выше, чем у сплава. Оксидная хромовая пленка предотвращает растрескивание элемента в процессе его нагрева и охлаждения.
Сравним основные сплавы для изготовления нагревателей – нихром и фераль, рассмотрев их достоинства и недостатки.
Сравнение свойств нихрома и фехраля
Общие физические характеристики
Нихром и фехраль объединяет высокое удельное сопротивление, величина которого практически не изменяется при повышении температуры сплавов. Для нихрома значение номинального удельного сопротивления зависит от диаметра нагревателя. Например, для проволоки Ø > 3,0 мм оно равно 1,07-1,18 мкОм·м, для Ø 0,5-3,0 мм – 1,06-1,16 мкОм·м, а для проволоки Ø 0,1-0,5 составляет 1,03-1,13 мкОм·м. Для фехраля марки Х23Ю5Т величина удельного сопротивления равна 1,34-1,45 мкОм·м, а для марки Х15Ю5 – 1,24-1,34 мкОм·м. Температура плавления нихрома – 1400°C, фехраля – 1500°C. Удельный вес нихрома больше – 8,40 г/см 3 , фехраля меньше – 7,21-7,28 г/см 3 .
Прочность при комнатной температуре
Пластичность нихрома при комнатной температуре (относительное удлинение или поперечное сужение проволоки) составляет не менее 20%, что выше пластичности фехраля, которая для марки этого сплава Х15Ю5 равняется 16%, а для марки Х23Ю5Т всего 10%. Временное сопротивление разрыву нихромовой проволоки в среднем составляет 102 кгс/мм 2 (1000,3 МПа), в то время когда этот же параметр для фехраля марки Х23Ю5Т равен 78 кгс/мм 2 (764.9 МПа), а для марки Х15Ю5 он и того меньше – 75 кгс/мм 2 (735.5 МПа).
Твердость нихрома равняется 140-150 HB, но фехраль еще более тверд, а потому более ломок на извив: Х23Ю5Т – 200-250 HB, Х15Ю5 – 150-200 HB, ведь чем больше в сплаве хрома, тем больше его хрупкость. Этим объясняется тот факт, что нормальная навивка фехралевой проволоки возможна только при ее нагреве свыше 300°C, иначе она будет ломаться. Для навивки нихрома предварительного нагрева не требуется, даже при комнатной температуре он навивается ровно и плавно, без образования микротрещин и разрывов.
Прочность при максимальных температурах на воздухе
Фехраль (проволока Ø > 6 мм) может работать на воздухе при очень высоких температурах от 1000°C (Х15Ю5), до 1400°C (Х23Ю5Т), но в таком температурном режиме материал становится нестабильным, не выдерживает резких динамических нагрузок. Незначительные присадки редкоземельного церия (Ce) и щелочноземельного кальция (Ca) повышают срок службы фехраля до момента перегорания. Нихром (проволока Ø > 6 мм) отличается большей жаропрочностью и сохраняет стабильность своих механических параметров при температурах от 1125°C (Х15Н60-Н) до 1200°C (Х20Н80 и Х20Н80-Н). В связи с этим нихром имеет большее количество циклов включения-выключения нагревательных элементов до их перегорания.
Стойкость к окислению при рабочих температурах
Высокое содержание никеля в нихроме не способствует интенсивному окислению поверхности нагревателя. При нагреве нихром покрывается лишь тонкой защитной пленкой окиси хрома, что делает сплав менее стойким, особенно в SO2 — и SO3 — содержащих средах. Скорость окисления нихрома растет только по мере повышения давления кислорода в электропечи. Что касается фехраля, то большое количество железа и наличие алюминия в его составе обуславливает повышенную окисляемость сплава с активным образованием плотного поверхностного защитного оксидного слоя. С одной стороны он затрудняет эксплуатацию тонких проволок и лент, но с другой стороны, сплав становится еще более устойчивым в контакте с высокоглиноземистой керамикой, в серо- и углеродосодержащих средах.
Ссылки
- Нихром // Большая советская энциклопедия : / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
- [protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=166368 ГОСТ 10994-74. Сплавы прецизионные. Марки]. Проверено 7 сентября 2009. [www.webcitation.org/619AIclev Архивировано из первоисточника 23 августа 2011].. (см. также ГОСТ)
- Мальцев И. М. [nic-rt.ru/magazine/article7.pdf Технология триботехнических ленточных электроспеченных порошковых материалов] // Международный научно-технический журнал. — 2003. — № 1. — С. 60-66.
- Пятин Ю. М. и др. Материалы в приборостроении и автоматике. — 2-е изд. — «Машиностроение», 1982. — 528 с.
- Касаткин А. Г. [priapp.ru/book_view.jsp?idn=015148&page=171&format=html Основные процессы и аппараты химической технологии]. — 2-е изд. — М.: Редакция химической литературы, 1938. — С. 170-171.
- Кудрявцев И. В. Материалы в машиностроении. Выбор и применение / Химушкин Ф.Ф., Жуков Л.Л. и др.. — М.: «Машиностроение», 1968. — Т. 3 (Специальные стали и сплавы). — С. 304-319. — 448 с. — 30 000 экз.
Кратко о процессе
Плавка алюминия в домашних условиях — это не такой уж трудный процесс, которым он может показаться поначалу. Кусочки металла нагреваются до нужной температуры плавки алюминия в специальной емкости.
Некоторое время полученный расплав необходимо выдерживать в разогретом состоянии и периодически удалять с его поверхности образующийся шлак. После этого чистый жидкий металл наливается в специальную форму, в которой он некоторое время будет остывать.
Время, которое уйдет на плавку, зависит от самой печи, а точнее от той температуры, которую она может обеспечить. Если же вместо печи используется газовая горелка, то она должна нагревать металл сверху.
https://youtube.com/watch?v=cIlonSuReH0
