8-3842-33-85-00 - магазин жидких обоев

г. Кемерово, Рынок "Привоз" бокс №1

Свойства нихрома: Нихром — Википедия – Нихром. Свойства, применение, марки

Содержание

Сравнение сплавов фехраль и нихром. Статья

ПРОДУКЦИЯ


 

Внимание! Если Вы обнаружили ошибку на сайте, то выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.

 

8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

(800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
e-mail: [email protected]

Нихром

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Фехраль

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Нихром в изоляции

Продукция

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Титан

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Вольфрам

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Молибден

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Кобальт

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Термопарная проволока

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Провода термопарные

Продукция

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Никель

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Монель

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Константан

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Мельхиор

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Твердые сплавы

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Порошки металлов

Продукция

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Нержавеющая сталь

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Жаропрочные сплавы

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Ферросплавы

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Олово

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Тантал

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Ниобий

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Ванадий

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Хром

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Рений

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

В статье сравниваются прецизионные сплавы нихром и фехраль. Сравнение осуществляется в части химического состава, свойств, применения и стоимости материалов.

Особую группу прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением составляют так называемые сплавы нагрева: нихромы и фехрали, широко используемые для изготовления нагревательных элементов электротермического оборудования. Нихром (Ni-Cr и Ni-Cr-Fe) получил свое название из-за высокой концентрации никеля («ни») и хрома («хром») в составе, а фехраль (Fe-Cr-Al) назван по первым буквам основных элементов («фе», «хр», «аль»). Несмотря на аналогичную направленность применения, из-за существенного различия в химических составах, нихром и фехраль обладают разными качественными характеристиками, о которых мы расскажем в этой статье.

Рисунок 1. Сравнение сплавов фехраль и нихром

Химический состав основных марок нихрома и фехраля

Нихром

Базовый химический состав нихрома содержит около 55-80% никеля (Ni), 13-23% хрома (Cr), до 1,5 марганца (Mn), плюс незначительное количество примесей. Разделяют два типа нихромов – нежелезистый (в котором присутствует не более 1,5% железа) и железистый (содержащий до 75% никеля, 13-18% хрома и до 5-6% железа).

Нихром марок Х20Н80 (Х20Н80-Н) и Х15Н60 (Х15Н60-Н)
Популярная марка нихрома Х20Н80 относится к нежелезистому типу, и в соответствии с ГОСТ 10994-74 имеет в своем составе 20-23% хрома (Cr), 75-80% никеля (Ni). Остальную часть сплава Х20Н80 занимают до 1,5% железа (Fe), до 0,9-1,5% кремния (Si), до 0,7% марганца (Mn), менее 0,3% титана (Ti), 0,2% алюминия (Al) и 0,1% углерода (C), плюс ничтожно малое количество фосфора (P) и серы (S). Марка нихрома Х15Н60 относится к железистому типу сплава и потому концентрация железа по ГОСТу в его составе достигает 5-6%, при 55-61% никеля (Ni) и 15-18% хрома (Cr).

В роли главного компонента нихрома выступает никель (Ni), которым определяются ключевые технологические свойства материала. В связи с этим, на основе марки Х20Н80 была создана «улучшенная» модификация сплава, для обозначения которой в конце буквенно-цифрового кода была добавлена буква «Н». Получилось Х20Н80-Н. В соответствии с ГОСТом объем хрома (Cr) в сплаве марки Х20Н80-Н остался прежним, а количество никеля (Ni) немного увеличилось за счет сокращения объема остальных компонентов, плюс было добавлено 0,2-0,5 циркония (Zr). Марку нихрома Х15Н60-Н создали точно по такому же принципу.

Фехраль

В базовой компоновке химических элементов фехраль содержит до 70-72% железа (Fe), 12-27 % хрома (Cr), 3,5-6% алюминия (Al), до 1% кремния (Si), 0,7% марганца (Mn), плюс незначительное количество легирующих добавок в виде циркония (Zr) и титана (Ti). Фехраль имеет множество марок, как отечественных, так и международных, позволяющих подобрать оптимальный сплав под самые разные цели и условия эксплуатации.

Фехраль марок Х23Ю5Т, Х27Ю5Т, Х15Ю5
Рынок России и СНГ сегодня ориентирован на фехраль трех отечественных марок: Х23Ю5Т, Х27Ю5Т и Х15Ю5, демонстрирующих стабильность физических характеристик при высоких температурах, в том числе и в агрессивных средах. В число наиболее востребованных марок входит фехраль Х23Ю5Т (зарубежные аналоги Kanthal A-1, GSSY). В соответствии с ГОСТ 10994-74 сплав марки Х23Ю5Т содержит около 70% железа (Fe), 22-24% хрома (Cr) и 5-5,8% алюминия (Al). В оставшуюся часть входят до 0,6% никеля (Ni), до 0,5% титана (Ti), кремния (Si) и углерода (C), до 0,3% марганца (Mn), а также крайне небольшое количество кальция (Ca), церия (Ce), фосфора (P) и серы (S).

Фехраль марки Х15Ю5 (зарубежный аналог Aluchrom W) отличается повышенным содержанием железа (до 77-78%) и уменьшенным объемом хрома (13,5-15,5%), что делает сплав более прочным и менее хрупким. Остальные химические элементы содержатся в сплаве Х15Ю5 в пределах традиционных для фехралей пропорций: 4,5-5,8% алюминия (Al), до 0,6-0,7% кремния (Si), никеля (Ni), марганца (Mn), титана (Ti), плюс сотые доли процента фосфора (P), серы (S), углерода (C), кальция (Ca) и церия (Ce). Следует также упомянуть фехраль марки Х27Ю5Т со сравнительно высокой концентрацией хрома (до 28%), который редко сегодня выпускается и постепенно замещается более современными аналогами.

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/см3, фехраля меньше – 7,21-7,28 г/см3.

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/мм2 (764.9 МПа), а для марки Х15Ю5 он и того меньше – 75 кгс/мм2 (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.

Сфера применения

Основное направление применения нихрома – изготовление нагревательных элементов повышенной надежности для электропечей обжига и сушки промышленного и лабораторного назначения, для водо- и воздухонагревательных систем, для электроплит, нитей испарителя электронных сигарет и т.д. Нихром используется для производства реостатов, высокоомных сопротивлений малой и средней мощности, для соединителей в электронике. Фехраль, в свою очередь, применяется для создания нагревателей высокотемпературного электротермического оборудования, способного осуществлять нагрев до 1400°C, в том числе для работающих в высокоглиноземной керамике и серосодержащей среде.

Форма производства (полуфабрикаты)

Нихром и фехраль выпускаются в соответствии с ГОСТом на данный тип продукции, главным образом в форме холоднотянутой нити на катушках от 0,012 до 0,09 мм и проволоки в бухтах диаметром от 0,1 до 10 мм. Наряду с этим производятся полуфабрикаты в виде кругов, плющеной и холоднокатаной ленты, горячекатаного прутка мерной и немерной длины.

Стоимость

На современном рынке фехраль дешевле нихрома как минимум в 3-5 раз из расчета цены за килограмм полуфабриката. Это объясняется тем, что стоимость никеля, который является базовым элементом нихрома, на порядок превосходит стоимость железа – основу фехраля. Между тем, делая ставку на более дешевый сплав, многие не учитывают условия его работы в комплексе: максимальную температуру нагревательного элемента, время беспрерывной работы, количество включений-выключений и т.п. В результате, купленный в целях экономии дешевый нагреватель быстро изнашивается, его приходится многократно менять, а, в конце концов, суммарные издержки превосходят стоимость дорогостоящего изделия. Специалисты рекомендуют при выборе сплава, в первую очередь, ориентироваться не на цену, а на его физические и химические характеристики, максимально отвечающие тем или иным задачам. Это позволит оптимизировать выбор материала нагревателя и получить не сиюминутную, а настоящую выгоду в процессе его эксплуатации.

Удельное сопротивление нихрома, плотность, теплопроводность, теплоемкость

Рассмотрены состав и основные физические свойства нихрома: удельное электрическое сопротивление, температура плавления, максимальная рабочая температура, удельная теплоемкость, коэффициент теплового линейного расширения, плотность нихрома и его теплопроводность.

Свойства в таблицах указаны для следующих марок:

  • ферронихром Х15Н60;
  • нихром Х20Н80;
  • сплав Nikrothal 80;
  • сплав, содержащий 10% хрома и 90% никеля.

Удельное сопротивление нихрома, его температура плавления и применения

В таблице представлено удельное электрическое сопротивление нихрома в зависимости от температуры в интервале от 20 до 1200°С. Удельное сопротивление нихрома указано в размерности мкОм·м. Например, при температуре 900°С нихром Х20Н80-Н имеет удельное электрическое сопротивление, равное 1,149 микро Ом·м (или 1,149·10-6 Ом·м).

С ростом температуры удельное сопротивление нихрома увеличивается. В процессе нагрева увеличение сопротивления нихрома от температуры может составлять 7…11% в интервале 20…1200°С. Однако, прямая линейная зависимость удельного сопротивления от температуры характерна только для ферронихрома Х15Н60, содержащего большое количество железа.

Сплавы Ni-Cr с низким содержанием железа имеют иной характер зависимости сопротивления от температуры: нихром Х20Н80 показывает снижение величины удельного сопротивления в диапазоне от 500 до 900°С; удельное сопротивление нихрома марки Nikrothal 80 не зависит от температуры в интервале 400…900°С.

Удельное сопротивление нихрома (мкОм·м) в зависимости от температуры
Температура, °CХ15Н60Х20Н80-НNikrothal 80
201,121,131,09
1001,1351,1371,101
2001,1521,1471,112
3001,1721,1551,123
4001,1891,1631,134
5001,2031,1661,134
6001,2131,1561,134
7001,2131,1481,134
8001,221,1471,134
9001,2291,1491,134
10001,2381,1581,145
11001,2481,1671,155
12001,1751,166

Температура плавления нихрома составляет 1400°С. Ферронихром Х15Н60 имеет чуть более низкую температуру плавления. Максимальная рабочая температура рассмотренных сплавов имеет значение 1125…1200°С.

Основное назначение нихрома — применение в виде ленты и проволоки для электрических нагревателей. Необходимо отметить, что максимальная температура применения нихромовой проволоки существенно зависит от ее диаметра. Например, согласно ГОСТ 12766.1-90, для проволоки Х20Н80-Н диаметром 0,2 мм максимальная рабочая температура на воздухе составляет всего 950°С. При увеличении диаметра такой проволоки до 1 мм ее рабочая температура может достигать 1100°С.

Состав нихрома, его температура плавления и максимальная рабочая температура
Марка нихромаСоставtпл, °Ctраб, °C
Х15Н6055-61% Ni, 15-18% Cr, остальное Fe13901125
Х20Н80-НОсновной Ni, 20-23% Cr, Fe не более 1%14001200
Nikrothal 80Основной Ni, 19-21% Cr, Fe не более 2%14001200

Теплоемкость, линейное расширение, плотность и теплопроводность нихрома

В таблице представлены следующие физические свойства нихрома: удельная теплоемкость при 25°С, средний коэффициент теплового линейного расширения в интервале температуры от 20 до 1000°С и плотность нихрома при 25°С.

Следует отметить, что рассмотренные марки нихрома имеют близкие значения физических свойств. Плотность нихрома находится в диапазоне 8200…8660 кг/м3 и повышается с увеличением содержания в сплаве никеля. Коэффициент теплового линейного расширения нихрома при 20…1000°С имеет значение (17…18)·10-6 град-1. Удельная теплоемкость нихрома, в зависимости от марки, составляет 440…460 Дж/(кг·град).

Удельная теплоемкость, линейное расширение и плотность нихрома
Марка нихромаC, Дж/(кг·град)α·106, град-1ρ, кг/м3
Нихром (10%Cr + 90%Ni)460188660
Х15Н60460178200
Х20Н80-Н440188400
Nikrothal 8046017,28300

Теплопроводность нихрома имеет величину, близкую по значению с теплопроводностью нержавеющей стали. В таблице приведены данные по теплопроводности рассмотренных сплавов при различных температурах в интервале от 0 до 600°С.

Теплопроводность нихрома увеличивается при нагревании. С повышением содержания никеля в сплаве его коэффициент теплопроводности повышается. К примеру, сплав, содержащий 10% Cr и 90% Ni, имеет наибольшую теплопроводность из рассмотренных сплавов, равную 17,4 Вт/(м·град) при 20°С.

Теплопроводность нихрома при различных температурах, Вт/(м·град)
t, °С →020100200300400500600
Нихром (10%Cr + 90%Ni)17,117,418,920,922,824,7
Х15Н6011,813,314,616,117,5
Х20Н80-Н12,213,613,815,617,218,922,6
Nikrothal 8015151515171921

Источники:

  1. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
  2. ГОСТ 10994-74 Сплавы прецизионные. Марки.
  3. ГОСТ 12766.1-90 Проволока из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.
  4. ГОСТ 12766.3-90 Сплавы калиброванные прецизионные с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.
  5. Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. Тепловые свойства металлов и сплавов. Справочник Киев: Наукова думка, 1985 — 439 с.
  6. Сайт www.kanthal.com

СПРАВОЧНЫЕ ТАБЛИЦЫ для расчёта нихромовой спирали, удельный вес, сопротивление нихрома и фехраля от диаметра, рабочая температура, химический состав.


Таблица 1
Примерное назначение сплавов и основные технические характеристики
Х20Н80,
Х20Н80-ВИ,
Х15Н60
Сплавы после специальной термической обработки имеют температурный коэффициент электрического сопротивления в интервале температур от минус 60 до плюс 100 °С около 0,9·10-4 °С-1 и 1,5·10-4 °С-1 соответственно Для изготовления ответственных деталей внутривакуумных приборов, соединителей в изделиях электронной техники, для непрецизионных резисторов
Х20Н80-Н,
Х20Н80-Н-ВИ,
Х15Н60-Н,
Х15Н60-Н-ВИ
Сплавы жаростойкие в атмосфере окислительной, в азоте, аммиаке, неустойчивы в атмосфере, содержащей серу и сернистые соединения, более жаропрочны, чем железохромалюминиевые сплавы Для нагревательных элементов с предельной рабочей температурой 1100 °С (Х15Н60), 1150 °С (Х15Н60-Н-ВИ), 1200 °С (Х20Н80-Н), 1220 °С (Х20Н80-Н-ВИ) промышленных электропечей и различных электронагревательных устройств. Сплавы Х15Н60-Н-ВИ, Х20Н80-Н-ВИ рекомендуются для нагревателей электротермического оборудования повышенной надежности
Х15Ю5,
Х23Ю5
Сплавы жаростойкие в атмосфере окислительной, содержащей серу и сернистые соединения, работают в контакте с высокоглиноземистой керамикой; склонные к провисанию при повышенных температурах, не выдерживают резких динамических нагрузок. Сплав X15Ю5 — заменитель сплава Х13Ю4 Для резистивных элементов, а также для электронагревательных устройств
Х23Ю5Т,
Х27Ю5Т
Сплавы жаростойкие в атмосфере окислительной, содержащей серу и сернистые соединения, углеродосодержащей, водороде, вакууме, работают в контакте с высокоглиноземистой керамикой, не склонны к язвенной коррозии, склонны к провисанию при высоких температурах, не выдерживают резких динамических нагрузок Для нагревательных элементов с предельной рабочей температурой 1400 °С (Х23Ю5), 1350 °С (Х27Ю5Т) в промышленных и лабораторных печах. Сплав Х23Ю5Т также применяется для бытовых приборов и электрических аппаратов теплового действия

Нихром Х20Н80. Описание

Нихром

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Фехраль

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Нихром в изоляции

Продукция

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Титан

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Вольфрам

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Молибден

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Кобальт

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Термопарная проволока

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Провода термопарные

Продукция

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Никель

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Монель

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Константан

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Мельхиор

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Твердые сплавы

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Порошки металлов

Продукция

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Нержавеющая сталь

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Жаропрочные сплавы

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Ферросплавы

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Олово

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Тантал

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Ниобий

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Ванадий

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Хром

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Рений

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Нихром Х20Н80 и его аналоги, сравнение таких характеристик: удельное сопротивления нихрома, удельный вес нихрома, цена нихром.


Основные сведения о нихроме Х20Н80, его заменителях и фехрали
«Нихром Х20Н80 против его заменителей и фехрали: плюсы и минусы»


Основные сведения о нихроме Х20Н80, его заменителях и фехрали

Нихром марки Х20Н80 получил самое широкое распространение среди сплавов аналогичной специализации, особенно в виде нихромовой проволоки. Давайте разберемся, чем вызван нескончаемый спрос на эту марку — это закостенелая привязанность технологов к давно знакомому, привычному, уже расчитанным спиралям, либо за этим стоит нечто большее?

Как видно из названия сплава (Х20Н80), он содержит ~20% хрома, ~80% никеля и незначительные примеси, иногда нормализируется цирконием. Х15Н60 содержит уже ~15% хрома и ~60% никеля, остальное железо и незначительные примеси. Х23НЗЗЮСН — аналогично ~23% хрома и ~33% никеля. Этот класс сплавов называют нихромами из-за содержания никеля в их основе. Существует еще целый класс сплавов, называемых фехралями или ферохромалями, не содержащих ни одного процента никеля, их основа — железо.

Что же нам готовит такое существенное химичеcкое различие в качественных свойствах этих сплавов. Так как удельное сопротивление железа выше, чем никеля, то и удельное сопротивление сплава, где процент никеля заменяется железом, будет выше. Более высокое сопротивление позволит нам экономить на количестве применяемого материалла. К тому же и удельный вес железа меньше, чем у никеля — значит Вы еще дополнительно экономите на весе (от 5% до 7%). Замена дорогостоящего никеля железом позволяет существенно экономить на материалле.

Но не надо забывать и о негативных последствиях этой замены. Фехрали и заменители Х20Н80 гораздо более ломкие нежели нихром, что важно для проволок. Спирали из них можно навивать только в нагретом состоянии — не менее 300°C. Поверхностный окисел, образующийся у сплавов с применением железа, имеет гораздо боллее высокое удельное сопротивление по сравнению с Х20Н80. Это становиться значительной проблемой при применении тонких проволок и лент. Рекристализационный порог ферохромальных сплавов или фехралей находится в районе 600-650°C, существенно ограничивая колличество возможных циклов включения-выключения нагревательных элементов до их разрушения.

Можно сказать, что эти сплавы нашли разную направленность применения в качестве нагревательных эллементов. Фехраль незаменима для достижения температур до 1400°C, Х20Н80 применяется вплоть до 1200°C и имеет температуру плавления равной 1400°C. Фехраль более устойчива в высокоглиноземной керамике и серосодержащей атмосфере, чем нихромовая проволока и лента. Замена никеля на железо означает сокращение возможных циклов включений-выключений при преодолении барьера в 600°C. Никель от того и дорог, что его невозможно заменить железом. Это относиться ко всем нихромам и фехралям без исключения. Частое желание заказчика съэкономить на исходном материале оборачивается серьезными затратами при частой замене нагревательных элементов, работающих вне своих технологических режимов.

P.S. Сплав Х20Н80 рекомендуеться применять для нагревателей электротермического оборудования повышенной надежности — ГОСТ 10994-74.

«Нихром Х20Н80 против его заменителей и фехрали: плюсы и минусы»

Нихром Х20Н80

    Достоинства:
  • Не образуется поверхностный окисел при эксплуатации
  • Количество циклов включения-выключения нагревательных элементов до их разрушения значительно больше (при температурах больших 600°C)
  • Более высокая прочность
    Недостатки:
  • Более высокая стоимость
    Применение:
  • Нагреватели электротермического оборудования повышенной надежности (ГОСТ 10994-74)

Фехраль

    Достоинства:
  • Позволяет осуществлять нагрев до 1400°C
  • Имеет большее удельное сопротивление, меньший удельный вес, следовательно, более экономична
  • Более устойчива в высокоглиноземной керамике и серосодержащей атмосфере
    Недостатки:
  • Образуется поверхностный окисел с высоким удельным сопротивлением
  • Количество циклов включения-выключения нагревательных элементов до их разрушения значительно меньше (при температурах больших 600°C)
  • Меньшая прочность — фехраль более ломкая
  • Навивка спиралей при температуре не менее 300°C
    Применение:
  • Нагреватели электротермического оборудования в высокоглиноземной керамике и серосодержащей атмосфере
  • Нагреватели электротермического оборудования, спопсобные осуществлять нагрев до 1400°C


нихром Х20Н80 — нихромовая проволока, лента; вольфрам


Электрическое сопротивление — это одна из самых важных характеристик нихрома. Оно определяется многими факторами, в частности электрическое сопротивление нихрома зависит от размеров проволоки или ленты, марки сплава. Общая формула для активного сопротивления имеет вид: R = ρ · l / S
R — активное электрическое сопротивление (Ом), ρ — удельное электрическое сопротивление (Ом·мм), l — длина проводника (м), S — площадь сечения (мм2)
Значения электрического сопротивления для 1 м нихромовой проволоки Х20Н80
Диаметр, ммЭлектрическое сопротивление нихрома (теория), Ом
1Ø 0,1137,00
2Ø 0,234,60
3Ø 0,315,71
4Ø 0,48,75
5Ø 0,55,60
6Ø 0,63,93
7Ø 0,72,89
8Ø 0,82,2
9Ø 0,91,70
10Ø 1,01,40
11Ø 1,20,97
12Ø 1,50,62
13Ø 2,00,35
14Ø 2,20,31
15Ø 2,50,22
16Ø 3,00,16
17Ø 3,50,11
18Ø 4,00,087
19Ø 4,50,069
20Ø 5,00,056
21Ø 5,50,046
22Ø 6,00,039
23Ø 6,50,0333
24Ø 7,00,029
25Ø 7,50,025
26Ø 8,00,022
27Ø 8,50,019
28Ø 9,00,017
29Ø 10,00,014

Значения электрического сопротивления для 1 м нихромовой ленты Х20Н80
Размер, ммПлощадь, мм2Электрическое сопротивление нихрома, Ом
10,1×2020,55
20,2×60120,092
30,3×20,61,833
40,3×250750,015
50,3×4001200,009
60,5×630,367
70,5×840,275
81,0×660,183
91,0×10100,11
101,5×10150,073
111,0×15150,073
121,5×1522,50,049
131,0×20200,055
141,2×20240,046
152,0×20400,028
162,0×25500,022
172,0×40800,014
182,5×20500,022
193,0×20600,018
203,0×30900,012
213,0×401200,009
223,2×401280,009
При намотке спирали из нихрома для нагревательных приборов эту операцию зачастую выполняют «на глазок», а затем, включая спираль в сеть, по нагреву нихромового провода подбирают требующееся количество витков. Обычно такая процедура занимает много времени, да и нихром расходуется попусту.

Чтобы рационализировать эту работу при использовании нихромовой спирали на напряжение 220 В, предлагаю воспользоваться данными приведенными в таблице, из расчета, что удельное сопротивление нихрома =(Ом · мм2 / м)C. С ее помощью можно быстро определить длину намотки виток к витку в зависимости от толщины нихромового провода и диаметра стержня, на который наматывается нихромовая спираль. Пересчитать длину спирали из нихрома на другое напряжение нетрудно, использовав простую математическую пропорцию.

Длина нихромовой спирали в зависимости от диаметра нихрома и диаметра стержня
Ø нихрома 0,2 ммØ нихрома 0,3 ммØ нихрома 0,4 ммØ нихрома 0,5 ммØ нихрома 0,6 ммØ нихрома 0,7 ммØ нихрома 0,8 ммØ нихрома 0,9 мм
Ø стержня, ммдлина спирали, смØ стержня, ммдлина спирали, смØ стержня, ммдлина спирали, смØ стержня, ммдлина спирали, смØ стержня, ммдлина спирали, смØ стержня, ммдлина спирали, смØ стержня, ммдлина спирали, смØ стержня, ммдлина спирали, см
1,5491,5591,577264276284368378
230243268346353364454472
321330340436440449546668
416422428530533540640852
513518524626630634831
6208228261024

Например, требуется определить длину нихромовой спирали на напряжение 380 В из провода толщиной 0,3 мм, стержень для намотки Ø 4 мм. Из таблицы видно, что длина такой спирали на напряжение 220 В будет равна 22 см. Составим простое соотношение:

220 В — 22 см
380 В — Х см
тогда: X = 380 · 22 / 220 = 38 см

Намотав нихромовую спираль, подключите ее, не обрезая, к источнику напряжения и убедитесь в правильности намотки. У закрытых спиралей длину намотки увеличивают на 1/3 значения, приведенного в таблице.

В данной таблице приведена теоретическая масса 1 метра нихромовой проволоки и ленты. Она изменяется в зависимости от размеров продукции.
Диаметр, типоразмер, ммПлотность (удельный вес), г/см3Площадь сечения, мм2Масса 1 м, кг
Ø 0,48,40,1260,001
Ø 0,58,40,1960,002
Ø 0,68,40,2830,002
Ø 0,78,40,3850,003
Ø 0,88,40,5030,004
Ø 0,98,40,6360,005
Ø 1,08,40,7850,007
Ø 1,28,41,130,009
Ø 1,48,41,540,013
Ø 1,58,41,770,015
Ø 1,68,42,010,017
Ø 1,88,42,540,021
Ø 2,08,43,140,026
Ø 2,28,43,80,032
Ø 2,58,44,910,041
Ø 2,68,45,310,045
Ø 3,08,47,070,059
Ø 3,28,48,040,068
Ø 3,58,49,620,081
Ø 3,68,410,20,086
Ø 4,08,412,60,106
Ø 4,58,415,90,134
Ø 5,08,419,60,165
Ø 5,58,423,740,199
Ø 5,68,424,60,207
Ø 6,08,428,260,237
Ø 6,38,431,20,262
Ø 7,08,438,50,323
Ø 8,08,450,240,422
Ø 9,08,463,590,534
Ø 10,08,478,50,659
1 x 68,460,050
1 x 108,4100,084
0,5 x 108,450,042
1 x 158,4150,126
1,2 x 208,4240,202
1,5 x 158,422,50,189
1,5 x 258,437,50,315
2 x 158,4300,252
2 x 208,4400,336
2 x 258,4500,420
2 x 328,4640,538
2 x 358,4700,588
2 x 408,4800,672
2,1 x 368,475,60,635
2,2 x 258,4550,462
2,2 x 308,4660,554
2,5 x 408,41000,840
3 x 258,4750,630
3 x 308,4900,756
1,8 x 258,4450,376
3,2 x 328,4102,40,860
Титановый сплавМаксимальные рабочие температуры, °С
ОТ4, ОТ4-1350
ВТ3-1400-450
ВТ5400
ВТ5-1450
ВТ6400-450
ВТ8450-500
ВТ9500-550
ВТ18550-600
ВТ20500
ВТ22350-400
Ø мкØ мммг в 200 ммг в 1 мг в 1000 мм в 1 г
80,0080,190,00100,971031,32
90,0090,250,00121,23814,87
100,010,300,00151,52660,04
110,0110,370,00181,83545,49
120,0120,440,00222,18458,36
130,0130,510,00262,56390,56
140,0140,590,00302,97336,76
150,0150,680,00343,41293,35
160,0160,780,00393,88257,83
170,0170,880,00444,38228,39
180,0180,980,00494,91203,72
190,0191,090,00555,47182,84
200,021,210,00616,06165,01
300,032,730,013613,6473,34
400,044,850,024224,2441,25
500,057,580,037937,8826,40
600,0610,910,054554,5418,33

Применение продукции из нихрома в качестве резистивных элементов. Статья

ПРОДУКЦИЯ


 

 

8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

(800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
e-mail: [email protected]

Нихром

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Фехраль

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Нихром в изоляции

Продукция

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Титан

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Вольфрам

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Молибден

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Кобальт

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Термопарная проволока

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Провода термопарные

Продукция

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Никель

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Монель

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Константан

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Мельхиор

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Твердые сплавы

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Порошки металлов

Продукция

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Нержавеющая сталь

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Жаропрочные сплавы

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Ферросплавы

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Олово

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Тантал

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Ниобий

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Ванадий

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Хром

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Рений

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Статья рассказывает о резистивных элементах, производимых из нихромовых полуфабрикатов. Описаны области применения, принцип работы, материалы. Также представлено небольшое сравнение элементов сопротивления, изготовленных из различных электротехнических сплавов.

Одна важных характеристик нихрома – высокое электросопротивление. В связи с этим, нихромовая нить, проволока и лента, активно применяются при производстве резистивных элементов (элементов сопротивления).

Полуфабрикаты из нихрома марок Х20Н80 и Х20Н80-Н, Х15Н60 и Х15Н60-Н, широко используются для изготовления электрических нагревателей и их производных. Это обусловлено высокой тугоплавкостью и коррозионной стойкостью сплавов в сочетании никель-хром (Ni-Cr). Между тем, наиболее важная характеристика нихрома, как прецизионного сплава – высокое электрическое сопротивление. В связи с этим, нихромовая проволока, нить и лента, активно применяются при производстве элементов сопротивления (резистивных элементов) для промышленных, технологических и лабораторных электротехнических изделий.

Что такое элемент сопротивления

Элемент сопротивления – это проводник, используемый в конструкции электрической схемы, ограничивающий течение электрического тока (потока электронов) в цепи, чтобы остальные детали и электронная схема в целом работали в необходимом режиме. Чем эффективнее проводник препятствует прохождению тока, тем выше его сопротивление. Сопротивление проводника обозначается буквой R. Единица измерения – Ом. Сопротивление проводника равно 1 Ом, если напряжение между его концами равняется 1 вольту при силе тока в 1 ампер.

Почему элементы сопротивления называют резистивными или резисторами

В основном, элементы сопротивления для общего применения изготавливают не из чистых металлов с высокой проводимостью, а из сплавов, таких как нихром Х15Н60 или Х15Н60-Н, которые вследствие деформации кристаллической решётки приобретают способность в некоторой степени задерживать прохождение электрического тока. Эта способность называется резистивностью, от английского слова «resist», которое в переводе на русский как раз и означает «сопротивляться», «препятствовать». Из-за этого, материалы, включая нихромовые и другие сплавы, обладающие высоким электросопротивлением, называют резистивными, а изготовленные из них элементы сопротивления, например отрезки нихромовой проволоки или ленты – резисторами. Именно этим словом, для краткости, далее в статье мы будем иногда обозначать элементы сопротивления, что, по сути, одно и то же.

Рисунок 1. Резисторы различных номиналов и мощности.

Параметры, влияющие на сопротивление проводника

Величина электрического сопротивления резистора во многом зависит от его длины и сечения. Например, нихромовая проволока марки Х20Н80 длиной в 1 метр и Ø 1,0 мм имеет (теоретически) сопротивление, равное 1,4 Ом, а при Ø 5 мм уже 0,056 Ом. Точно такую же зависимость показывает нихромовая лента Х20Н80 длиной 1 метр с площадью сечения 2 мм² (0,1×20) и 10 мм² (1,0×10), сопротивление которой в первом случае будет равняться 0,55 Ом, а во втором – 0,11 Ом. Однако подобрать длину и сечение резистора для определенных задач и условий работы недостаточно.

Крайне важно правильно выбрать материал с минимальной зависимостью его физико-механических характеристик от температуры. Дело в том, что чем выше сопротивление резистора, тем больше тепла выделяется при прохождении по нему тока, тем больше он нагревается, что может негативно влиять на стабильность его работы и срок службы. Зависимость сопротивления резистора (и материала) от температуры обосновывается формулой: Rt = R0 × (1 + А × t), где:

  • Rt – температура сопротивления проводника при t °С;
  • R0 – температура сопротивления проводника при 0°С;
  • А – температурный коэффициент сопротивления.

Материалы элементов сопротивления

Элементы сопротивления бывают проволочными и не проволочными. Проволочные производятся из резистивных сплавов, как из условной нихромовой нити или проволоки, так и ленты. Непроволочные специальные и малогабаритные резисторы изготавливаются из металлов (титан, тантал и т.п.), проводящих композитов, углеродных образований (графит, электротехнический уголь, сажа), и других токопроводящих материалов, которые в готовом изделии нанесены на изоляционное основание намоткой нити, в виде фольги, напылением, путём погружения в ванну с проводниковой смесью и т.д.

Наибольшее распространение получили проволочные резисторы, которые отличает не только обязательное высокое сопротивление, но и механическая прочность, пластичность, термостойкость. Учитывая зависимость сопротивления металлов и сплавов от температуры, для производства проводников общего применения используют жаростойкие резистивные сплавы, у которых допустимая температура для длительной точной и стабильной работы в качестве элемента сопротивления составляет не менее 300°С. Наиболее яркие представители этой категории: манганин, константан, фехраль, нихром и хромаль.

Сравнение резистивных сплавов

Из перечисленных выше сплавов, нихром, пожалуй, один из наиболее часто используемых материалов при изготовлении промышленных резисторов. Рассмотрим и сравним их физико-механические свойства. Наибольшую пропорцию в составе манганина и константана занимает медь (Cu). У константана доля меди может достигать 58 процентов, а у манганина – до 85 процентов. Манганин имеет крайне малую термоЭДС, за счёт чего его используют для создания миниатюрных резисторов для электронных приборов высокого класса точности, однако он неустойчив к коррозионным процессам, чувствителен к влаге. Константан лишён этих недостатков, но уступает нихрому вдвое по удельному электрическому сопротивлению (около 0,5 Ом × мм² / м), и на 10-15% по предельному значению прочности на растяжение (около 60 кг/мм²),

Определенную конкуренцию нихрому на рынке элементов сопротивления составляют железохромалюминиевые сплавы: фехраль и хромаль. Поскольку их основу составляют недорогое железо и алюминий, они более доступны по цене, но в это же время, эти сплавы являются жёсткими и становятся хрупкими при нагревании, что соответствующим образом сказывается на их технологичности. В списке резистивных сплавов, нихром, по ключевым характеристикам, таким как цена, удельное электрическое сопротивление ρ (около 1,0 Ом × мм² / м), плотность (около 8,4 кг/дм³), прочность на разрыв (около 70 кг/мм²), пластичность, занимает «золотую середину», а по обрабатываемости и общей технологичности превосходит ряд конкурентов. Навивка, ремонт, пайка нихромовой проволоки не вызывают никаких проблем.

Производство резисторов

Для производства элементов сопротивления нихромовая проволока и лента используются в тех случаях, когда от резистора требуется высокая точность и стабильность параметров при высоких рабочих температурах. Как правило, проводящий элемент (проволока, нить, лента) наматывается на цилиндрические или пластинчатые изоляционные основания (керамика, пластмасса, пресспорошок), либо помещается в изоляционный корпус. Намотка может быть одно- и многослойной. Сверху наносят силикатную эмаль, которая фиксирует и защищает проводник от внешних химических и механических воздействий, а также изолирует соседние витки друг от друга. Существуют резисторы свободные от изоляции. На торцах отрезков нихромовой ленты или нити формируют контактные площадки для включения резистора в электрическую цепь.

Рисунок 2. Постоянный проволочный резистор.

Область применения

В качестве элемента сопротивления нихромовая проволока и нить марок Х20Н80 и Х20Н80-Н, Х15Н60 и Х15Н60-Н применяются при производстве резисторов для замера мощности и тестирования промышленных электроприборов (например, усилителей), реостатов (ползунковых) с переменным сопротивлением, шунтов, катушек сопротивления, качественно работающих при разной степени нагрева. Нихромовые полуфабрикаты используются для изготовления элементов сопротивления пускорегулирующих устройств в подъёмно-транспортных машинах и агрегатах.

Зависимость сопротивления нихрома от температуры обуславливает применение нихромовых полуфабрикатов при изготовлении спиралей для термометров сопротивления, которыми измеряют температуру внутри двигателей, турбин, доменных печей и т.п. Проволоку или ленту определенной длины и сечения спиралью навивают на изолятор, который устанавливают в защитный корпус, концы подключают к электрической цепи с амперметром, градуированным в градусах. Когда нихромовая лента или проволока нагревается, сила тока в цепи уменьшается, на что реагирует амперметр, показывая температуру измеряемой среды.

Нихром, его свойства и область применения

Нихром – это сплав, основными составляющими которого являются никель (55-78%), хром (15-23%), марганец (1,5%) и железо (оставшийся процент). Иногда для его нормализации применяют цирконий. Плавится сплав при температуре 1100-1400°C. Характеризуется нихром удельным сопротивлением, составляющим 1,0-1,1×106 Ом×м, плотностью, значение которой 8,2-8,5 г/см3. Рабочая температура сплава – до 1100 °C. Отличается нихром высокой механической прочностью, значение придела прочности на растяжение составляет 0,65-0,7 ГПа.

Нихром имеет повышенные характеристики жаропрочности, крипоустойчивости, пластичности. Он способен сохранять свою форму. Такие свойства позволяют использовать сплав в установках, на которые будут оказывать воздействие определенные агрессивные среды.

Сплав нашел свое применение в лабораторных и промышленных печах, плитах и паяльниках. Из нихрома изготавливают нагревательные элементы.

Марки нихрома

Наиболее часто применяются две основные марки нихрома: Х20Н80 и Х15Н60. Производятся они в соответствии с требованиями, наведенными в ГОСТ 10994-74. Наиболее часто используется нихром Х20Н80 в виде проволоки различного диаметра. Цифры, в обозначении марки, указывают на приблизительное процентное содержание основных составляющих сплава: первая – хрома, вторая – никеля. Нихромовый металлопрокат представлен: проволокой, лентой, кругом, листом.

Область применения нихрома

Из нихрома производят нагревательные элементы, которые устанавливаются в промышленные и бытовые электропечи. Из использованием данного сплава изготавливают приборы и аппараты теплового действия. Нихром применяется в производстве. Без использования сплава тяжело изготовить:

  • высокотемпературные электропечи;
  • печи обжига и сушки;
  • электрические аппараты теплового действия;
  • электротехнические резистивные элементы;
  • нагревательные элементы.

Нихром марки Х20Н80 – это отличный сплав для производства нагревательных элементов электротермического оборудования, к надежности которого предъявляются повышенные требования. Х15Н60 чаще всего применяется для изготовления изделий электротехники и непрецизионных резисторов.

Стоимость нихрома марки Х20Н80 выше, чем Х15Н60. Это объясняется более высоким содержанием в составе сплава такого дорогостоящего металла как никель. Нихром Х20Н80 может заменяться в некоторых случаях сплавами аналогичной специализации, но в тех случаях, когда требуется высокая надежность, отдают предпочтение именно ему.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о