описание и область применения нихрома

Нихром охватывает сплавы различных марок, созданные на базе никеля и хрома, с низким содержанием дополнительных легирующих примесей. Изобретение материала относится к началу прошлого века, родиной же продукта стала Северная Америка.

Базовым металлом сплава выступает никель, его содержание находится в интервале 55 – 78%. Второй, основополагающий элемент – хром, занимающий в материале от 15 до 23%. Наиболее распространенные следующие легирующие добавки: алюминий, железо, марганец и кремний.

Основные преимущества нихрома перед другими тугоплавкими металлами состоят в следующем:

• высокая жаростойкость, механические свойства не меняются при высоких температурах;

• пластичность, обеспечивает возможность изготовления проволоки, лент из сплава;

• простота обработки, изделия хорошо штампуются, свариваются;

• высокая стойкость к коррозии;

• нихром не магнитится.

Сплав можно по праву назвать усовершенствованным вариантом хромоникелевой жароупорной стали. Поверхность нихрома покрыта пленкой из окиси хрома. Ее высокая адгезия и более высокая, чем у металла, температура плавления позволяют материалу отлично выдерживать перепады температур: регулярные нагревы и остывания.

Величина тугоплавкости сплава напрямую связана с защитной пленкой оксида, следовательно, растет при увеличении содержания хрома. Улучшение тугоплавкости оксидной пленки дополнительно способствует росту коррозионной стойкости материала. Предел содержания хрома в сплаве обусловлен снижением обрабатываемости материала: при достижении 30%, холодная прокатка нихрома становится невозможной.

Когда в ход идет железо

Отечественные стандарты различают две основные марки нихрома.

• Х20Н80 – двойной. Состав сплава: 74% никеля, 23 – хрома, на уровне процента присутствуют железо, кремний и марганец.

Лента Х20Н80 нихром

• Х15Н60 – тройной. Основу составляет все тот же сплав никеля с хромом 60 и 15%, соответственно. Третьим компонентом выступает железо, его содержание в продукте – 25%.

Идея насыщения нихрома железом связана с компромиссом: удешевить цену материала, сохранив его жаростойкость. Дополнительно, добавление железа повышает обрабатываемость сплава. Таким образом, вариация процентного вклада трех базовых элементов позволяет удержать рабочую температуру на уровне 1000 °С, сохранив при этом пластичность продукта и понизив его стоимость.

Один из наиболее дешевых вариантов нихрома Х25Н20 (железобогатый, согласно зарубежной терминологии), требует никеля не более 20%. При этом механические свойства сплава не ухудшается, однако рабочая температура ограничивается величиной 900 °С.

Область применения

Первоначальное предназначение нихрома акцентировалось на использование в изготовлении нагревательных элементов различного высокотемпературного оборудования. Высокая температура плавления, до 1400 °С, позволяет использовать нихромовые нагреватели внутри печей для обжига, сушильных аппаратах. Распространено производственное использование продукта как жаропрочного химически стойкого сплава в агрессивных средах.

На бытовом уровне нихром оказался идеальным материалом вначале для утюгов, а впоследствии, в пищевой промышленности. Тостеры, электрические плиты, прочее кухонное оборудование с нагревательными элементами из этого сплава отличаются отсутствием:

• оплавленных участков.

Как результат, в процессе приготовления пищи не чувствуется посторонних запахов, гари.

Пластичность материала, обеспечивающая возможность проката продукта, изготовления из него проволоки, расширяет область применения нихрома до резисторов, реостатов, прочих узлах сопротивления. Деформированные нихромовые нагревательные спирали также применяются в электронных сигаретах.

Нихромовая проволока для электронных сигарет

Единственный недостаток нихрома – его высокая стоимость, компенсируется отсутствием более дешевых заменителей этого жаростойкого сплава до настоящего времени.

Сравнение нихромовых нагревателей в изоляции и без неё. Статья

Нихромовая лента, её особенности и применение

Общие сведения о нихроме

Нихром – это сплав, в основном стоящий из никеля и хрома. Кроме них, в его составе содержатся примеси железа, кремния, фосфора, титана, алюминия, марганца и углерода (их суммарная доля не превышает 1%). Благодаря никелю, нихром отличается высокой ковкостью, вязкостью, термостойкостью, коррозионной устойчивостью даже под воздействием агрессивных сред. Хром придает сплаву антикоррозийную защиту, жаропрочность.

Свойства нихромовой ленты

Основные свойства нихромовой ленты – это жаропрочность и высокое удельное электрическое сопротивление. Чаще всего она производится из двух марок нихрома Х20Н80 и Х15Н60. Чем больше никеля содержит сплав, тем большую температуру он выдерживает – её значение составляет 1200 ºС и 1125 °С соответственно. Также он отличается:

• устойчивостью к воздействию коррозии;
• низким температурным коэффициентом расширения;
• высоким удельным электрическим сопротивлением.

Наведенные характеристики позволяют использовать нихромовую ленту для изготовления элементов, входящих в комплектацию высокотемпературного нагревательного оборудования и устройств, предназначение которых безотказно работать в агрессивной промышленной среде. Такое свойство как пластичность, позволяет обрабатывать данный металлопрокат различными способами.

Область применения нихромовой ленты

За счет высокой ковкости и вязкости нихрома, можно получить металлопрокат, толщина которого составит 0,1 мм. Из таких заготовок производится лента. Поставляется она в виде рулонов. Её основное назначение – преобразовывать электрический потенциал в тепловую энергию. Из нихромовой ленты производят пусковые реостаты и узлы сопротивления. За счет малого веса и высокой устойчивости к воздействию вибрации, данный материал применим для подъемных кранов и производства пускорегулирующих резисторов, которые предназначены для осуществления плавного пуска и торможения электродвигателей постоянного и переменного тока.

Нихромовая лента марки Х20Н80 применяется для производства элементов бытовых и промышленных электронагревательных приборов. Из неё изготавливают режущие кромки термоножей. Элементы из нихромовой ленты входят в комплектацию электросушилок и печей обжига. Данный металлопрокат марки Х15Н60 нашел свое применение в производстве резисторов невысокой точности.

Особенности производства нихромовой ленты

Для производства нихромовой ленты применимы прокатка или электролитический способ изготовления. Толщина металлопроката составляет 0,1мм. Он наматывается в рулоны, длиной от 20 до 40 м. 

Состояние ленты из нихрома, толщина которой составляет больше чем 0,1 мм – мягкое термическое. Свойства металлопроката – уникальные, благодаря чему спрос на него значительный. Стоимость нихромовой ленты напрямую зависит от рыночной цены на никель и хром.

Покупайте нихромовую ленту выгодно!

Компания «Метаторг» предлагает металлопрокат на выгодных условиях и по приемлемой цене. При этом качество предложенного товара высокое, на всю продукцию имеются соответствующие сертификаты. Сотрудники компании «Метаторг» всегда помогут вам подобрать необходимый металлопрокат для решения тех или иных задач, оперативно проинформируют о наличии интересующей позиции, её стоимости и сроках доставки. Условия работы выгодные, не зависимо от объема заказа. В компании «Метаторг» всегда рады, как постоянным, так и новым клиентам. С каждым заказчиком ведется индивидуальная работа. 

виды, свойства, марки, общие сведения

В начале двадцатого века металлургическая промышленность испытала небывалый подъем. Объемы производства росли по экспоненте, что стало сказываться на итоговой цене выпускаемой продукции. Чтобы уменьшить расход комплектующих на конечное изделие, было решено заменить нихром другим компонентом – фехралевой основой.

Виды фехралей

Продукция относится к группе сплавов, обладающих повышенным сопротивлением к электричеству.

Фехраль Х23Ю5Т используется в электрическом нагревательном оборудовании, промышленных печах, а также в электронных сигаретах как одна из разновидностей нагревательного элемента. У него высокое электрическое сопротивление, что делает состав уникальным. Максимально возможное значение температуры нагревания – 1450 °C.

Процентное соотношение компонентов: 24% хрома, около 70% железа, до 6% алюминия и немного титана (максимум 0,4%).

Фехраль Х27Ю5Т по своим функциям схож с предыдущим решением, за исключением температуры плавления и других опций. Его порог – 1350 °C, а процентное соотношение: 28% хрома, 6% алюминия и железа 68%.

Третий вариант является более слабым вариантом двух вышеуказанных. Он используется для изготовления резисторов. Его рабочая температура – до 900 °C.

Общие сведения

Фехраль проволока производится по технологии холодной протяжки. Первый этап – очистка сырья от грязи и окисления. На следующем шаге его подвергают давлению для прессовки в конечную продукцию. После этого его маркируют, наматывают на бухту, и отгружают запакованным на склад. Поскольку готовое изделие обладает повышенной хрупкостью, его необходимо сначала нагреть. И только после этого наматывают на бухту.

Также из фехраля производят ленты, нити, спирали и другие аналогичные поделки. Основа получила свое название благодаря составу: железо, хром и алюминий – основные компоненты. С латинского языка первый элемент записан как феррум.

Нихром также представляет собой сплав, но с концентрированным содержанием хрома и никеля. Он наделен немного другими свойствами. Более подробно будет рассказано ниже.

Марки фехраля

Существует несколько основных видов: Х23Ю5Т, Х27Ю5Т и Х15Ю. Расшифровка наименований фехраля происходит следующим образом.

«Х23» означает наличие хрома в процентном соотношении 23. «Ю5» обозначает наличие алюминия, соотношение которого 5%. Буква «Т» – титан. Если после нее отсутствует цифра, значит содержание металла ниже 1%.

Вышеуказанные модели являются наиболее востребованными в сфере промышленного производства. Остальные обладают схожими свойствами, но редко приобретаются конечными клиентами.

Свойства фехраля

Конечное изделие имеет следующие свойства:

• Электрическое сопротивление фехраля больше по сравнению с аналогичными поделками.
• Из-за высокой концентрации железа, материал наделен свойством магнитности.
• Удельное сопротивление сплава достигает значение 1,3 Ом·мм²/м, что позволяет использовать его высоконагреваемых сферах производства.
• Устойчивость к окислительным процессам.
• Температура плавления – 1450 °C.
• Сплав выдерживает активные механические нагрузки, устойчив к деформациям.
• Удельная плотность значительно меньше по сравнению с другими компонентами (7300 кг/м³).

Применение

Область применения фехраля узконаправлено. Решение производится как набор комплектующих для нагревательных элементов. К ним относятся различные домашние бытовые приборы: например, фен или духовка.

Состав также используется на производстве: промышленные печи, лаборатории или другое оборудование, для которого необходимы элементы с сопротивляемостью к высокой температуре.

Еще одна сфера применения продукта – резисторы, который используются в тормозных системах.

Повышенная сопротивляемость к активным химическим веществам, постоянный коэффициент торможения при любом процессе нагревания увеличивают срок эксплуатации конечной поделки.

Компактный размер, благодаря оптимальному значению удельной плотности, позволяет использовать товары в тормозных резисторах.

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.

Еще одна слабая сторона фехралевых изделий: они не выдерживает коррозию на протяжении длительного времени.

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.

Основные преимущества и недостатки нихрома

Расскажем про плюсы поделок, которые были произведены на основании нихрома. Они схожи с фехралем, но есть некоторые отличия.

• Способен эффективно использоваться в высоконагревательных средах.
• Благодаря составу компонентов, продукция спокойно выдерживает несколько циклов процедуры нагревания.
• Повышенная эластичность позволяет использовать материал без дополнительного нагревания.
• Максимальное значение сопротивления к электричеству – 1,1 Ом×мм²/м.
• Структура элемента содержит компоненты, которые мало подвержены окислительным процессам.
• Рабочая температура равняется 1100 °C. Если же основной компонент железо, то значение снижается до 800 °C.
• Поскольку в составе содержится минимальное количество железа или оно полностью отсутствует, то функция магнитности почти нулевая.
• Большой запас прочности позволяет нихрому выдерживать влияние кислотно-агрессивной среды.

Главный недостаток основы в том, что она дорогая в производстве. Существуют более бюджетные варианты, например, фехраль.

Также изделие обладает высокой плотностью (8500 кг/м3), что сказывается на его тепловыводимости. По сравнению с фехралевым комплектом, оно гораздо ниже.

Проведем сравнительный анализ двух основ

Чем отличаются нихром и фехраль?

Рассмотрим параметры каждого сплава и опередим, что же лучше – фехраль или нихром.

1. Фехраль имеет удельным сопротивлением: 1,3 Ом×мм²/м против 1,1 Ом×мм²/м. Это означает, что он гораздо более устойчив к электричеству по сравнению с нихромом.
2. Удельная плотность нихромового состава принимает более высокое значение по сравнению с фехралевыми элементами: 8500 кг/м³ против 7300 кг/м³. Соответственно, фехраль гораздо более эффективен в производстве.
3. Соединения с высокой концентрацией нихрома гораздо более пластичны. Это позволяет использовать его для создания гибких и эластичных изделий в нагревательных элементах;
4. Сопротивление высоким температурам у фехралевого элемента выше, а значит для промышленного производства он более востребован.
5. Нихромовая основа способен выдержать циклический процесс нагревания, в то время как фехраль разрушается после первых запусков.
6. Наличие железа и алюминия в структуре фехраля, делает его слабоустойчивым к окислительным процессам. Альтернатива обладает повышенной стойкостью.
7. Стоимость изготовления фехраля в несколько раз ниже, чем нихрома. Это объясняется тем фактом, что первый компонент содержит алюминий, стоимость которого значительно ниже никеля. Таким образом, многие промышленные предприятия переходят на использование фехраля в конечных продуктах.

Используя вышесказанную информацию, становится понятным, почему фехралевые основы постепенно вытесняет нихромовые основы.

В статье было приведено описание сплава фехраль, который используется в нагревательных домашних приборах, а также на промышленном производстве. Рассказано о его достоинствах и недостатках, области применения и особенности материала.

Также был проведен сравнительный анализ между нихромом и фехралем. Перечислены сильные и слабые стороны каждого.

Фехраль. Свойства, применение, химический состав, марки

Расчет спирали из нихрома. Намотка нихромовых спиралей. Сопротивление нихрома

Нихромовая спираль

Каждый знает, что такое нихромовая спираль. Это нагревательный элемент в виде проволоки, свернутой винтом для компактного размещения.

Эта проволока изготавливается из нихрома – прецизионного сплава, главными компонентами которого являются никель и хром.

«Классический» состав этого сплава – 80% никеля, 20% хрома.

Композицией наименований этих металлов было образовано название, которым обозначается группа хромоникелевых сплавов – «нихром».

Самые известные марки нихрома – Х20Н80 и Х15Н60. Первый из них близок к «классике». Он содержит 72—73 % никеля и 20—23 % хрома.

Второй разработан с целью снижения стоимости и повышения обрабатываемости проволоки.

Содержание никеля и хрома в нем уменьшено – до 61 % и до 18 % соответственно. Но увеличено количество железа – 17—29 % против 1,5 у Х20Н80.

На базе этих сплавов были получены их модификации с более высокой живучестью и стойкостью к окислению при высокой температуре.

Это марки Х20Н80-Н (-Н-ВИ) и Х15Н60 (-Н-ВИ). Они применяются для нагревательных элементов, контактирующих с воздухом. Рекомендуемая максимальная температура эксплуатации – от 1100 до 1220 °С

 Применение нихромовой проволоки

Главное качество нихрома – это высокое сопротивление электрическому току. Оно определяет области применения сплава.

Нихромовая спираль применяется в двух качествах – как нагревательный элемент или как материал для электросопротивлений электрических схем.

Для нагревателей используется электрическая спираль из сплавов Х20Н80-Н и Х15Н60-Н.

Примеры применений:

• бытовые терморефлекторы и тепловентиляторы;
• ТЭНы для бытовых нагревательных приборов и электрического отопления;
• нагреватели для промышленных печей и термооборудования.

Сплавы Х15Н60-Н-ВИ и Х20Н80-Н-ВИ, получаемые в вакуумных индукционных печах, используют в промышленном оборудовании повышенной надежности.

Спираль из нихрома марок Х15Н60, Х20Н80, Х20Н80-ВИ, Н80ХЮД-ВИ отличается тем, что его электросопротивление мало меняется при изменении температуры.

Из нее изготавливают резисторы, соединители электронных схем, ответственные детали вакуумных приборов.

 Как навить спираль из нихрома

Резистивная или нагревательная спираль может быть изготовлена в домашних условиях. Для этого нужна проволока из нихрома подходящей марки и правильный расчет требуемой длины.

Расчёт спирали из нихрома опирается на удельное сопротивление проволоки и требуемую мощность или сопротивление, в зависимости от назначения спирали. При расчете мощности нужно учитывать максимально допустимый ток, при котором спираль нагревается до определенной температуры.

Учет температуры

Например, проволока диаметром 0,3 мм при токе 2,7 А нагреется до 700 °С, а ток в 3,4 А нагреет ее до 900 °С.

Для расчета температуры и тока существуют справочные таблицы. Но еще нужно учитывать условия эксплуатации нагревателя.

При погружении в воду теплоотдача повышается, тогда максимальный ток можно повысить на величину до 50 % от расчетного.

Закрытый трубчатый нагреватель, наоборот, ухудшает отвод тепла. В этом случае и допустимый ток необходимо уменьшить на 10—50 %.

На интенсивность теплоотвода, а значит и на температуру нагревателя, влияет шаг навивки спирали.

Плотно расположенные витки дают более сильный нагрев, больший шаг усиливает охлаждение.

Следует учитывать, что все табличные расчеты приводятся для нагревателя, расположенного горизонтально. При изменении угла к горизонту условия теплоотвода ухудшаются.

Расчет сопротивления нихромовой спирали и ее длины

Определившись с мощностью, приступаем к расчету требуемого сопротивления.

Если определяющим параметром является мощность, то вначале находим требуемую силу тока по формуле I=P/U.

Имея силу тока, определяем требуемое сопротивление. Для этого используем закон Ома: R=U/I.

Обозначения здесь общепринятые:

• P – выделяемая мощность;
• U – напряжение на концах спирали;
• R – сопротивление спирали;
• I – сила тока.

Расчет сопротивления нихромовой проволоки готов.

Теперь определим нужную нам длину. Она зависит от удельного сопротивления и диаметра проволоки.

Можно сделать расчет, исходя из удельного сопротивления нихрома: L=(Rπd²)/4ρ.

Здесь:

• L – искомая длина;
• R – сопротивление проволоки;
• d – диаметр проволоки;
• ρ – удельное сопротивление нихрома;
• π – константа 3,14.

Но проще взять готовое линейное сопротивление из таблиц ГОСТ 12766.1-90. Там же можно взять и температурные поправки, если нужно учитывать изменение сопротивления при нагреве.

В этом случае расчет будет выглядеть так: L=R/ρ_ld, где ρ_ld – это сопротивление одного метра проволоки, имеющей диаметр d.

Теперь сделаем геометрический расчет нихромовой спирали. У нас выбран диаметр проволоки d, определена требуемая длина L и есть стержень диаметром D для навивки. Сколько нужно сделать витков? Длина одного витка составляет: π(D+d/2). Количество витков – N=L/(π(D+d/2)). Расчет закончен.

Практичное решение

На практике редко кто занимается самостоятельной навивкой проволоки для резистора или нагревателя.

Проще купить нихромовую спираль с требуемыми параметрами и при необходимости отделить от нее нужное количество витков.

Для этого стоит обратиться в компанию «ПАРТАЛ», которая с 1995 года является крупным поставщиком прецизионных сплавов, в том числе проволоки нихромовой, ленты и спиралей для нагревателей.

Наша компания способна полностью снять вопрос о том, где купить нихромовую спираль, поскольку мы готовы изготовить ее на заказ по эскизам и техническим условиям заказчика.