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/мм2 (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.

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 или фехраль: ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Сплавы из фехраля и нихрома обладают высоким электрическим сопротивлением, и относятся к прецизионным соединениям. Их используют в качестве нагревательных элементов для электрооборудования. В составе нихрома преобладает никель и хром, что и определило название сплава. В названии фехраля использованы первые слога основных элементов, которые входят в его состав (Fe, Cr, Al). Данные элементы нагрева широко применяются из-за своих уникальных способностей в нагреве.

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.

Сравнение нихрома и фехраля

Физические характеристики

Фехраль наравне с нихромом обладает высоким удельным сопротивлением. Номинальные показатели сопротивления у нихрома зависят от диаметра проволоки (ленты/нити). А в случае фехряля номинальное сопротивление определяет его марка. Плавление нихрома начинается после 1400C, фехраль плавится при 1500C.

Прочность в состоянии покоя (без нагревания)

Нихром сам по себе пластичен и поддается изгибу и вытягиванию не менее 20% удлинения либо сужения. Пластичность фехраля маркой Х23Ю5Т достигает 10%, а Х15Ю5 -16%. Это говорит о том, что нихром пластичней фехраля, и плюс ко всему, у него выше временное сопротивление разрыва.

Фехраль более твердый сравнительно с никелем, и это делает его более ломким материалом. По этим причинам намотка фехраля проводится лишь после разогрева проволоки до 300C. В случае же нихрома разогрев проводить не нужно, он отлично сматывается в катушку даже при комнатных температурах.

Прочность при нагревании

Фехраль отлично справляется с высокотемпературной нагрузкой. Его можно эксплуатировать в условиях повышенной температуры длительное время. А нихром, напротив, способен отлично справляться с высокотемпературным циклическим нагревом, но плохо ведет себя при длительном термическом воздействии.

Стойкость к окислительной среде

Нихром способен длительно и хорошо работать в окислительных условиях, ведь высокое содержание никеля предотвращает быстрые процессы коррозии. Если нихром долго работает в окислительной среде, его поверхность покрывается тонкой пленкой оксида хрома, которая обеспечивает защиту сплава от агрессивной среды. Быстрое окисление может наступать в электрических печах с высоким содержанием кислорода.

Так как у фехраля высокий процент содержания железа он менее устойчив в окислительных средах. Защитная пленка образовывается у него намного быстрее, чем у нихрома, поэтому в агрессивной среде применять его затруднительно. Особенно сильно это сказывается на тонких проволоках и лентах. Зато фехраль отлично справляется с нагревом глинозёмной, углеродной и содержащей серу среде.

Где применяют фехраль и нихром

Нихромовый сплав является основным элементом нагрева входящим в состав большинства электронагревателей. Его используют для обогрева и подачи высокой температуры в электропечах, промышленных сушках, лабораториях, электроплитах, нагревателях воздуха и т.д. Нихром входит в состав реостатного оборудования. Фехраль же в основном применяется для высокотемпературного нагрева, обжига, закалки и мн. др.

Изготовление нихрома и фехраля

Производство данных сплавов соответствует положениям ГОСТ. Зачастую готовая продукция представлена в виде нитей, проволоки, лент и даже прутков.

Цены на фехраль и нихром

Несмотря на много общих характеристик цена на данные материалы имеет значительные отличия обусловленные расценками на сырье. Железо, которое является основным составляющим элементом фехраля стоит дешевле никеля.

Достоинства фехраля:

• Невысокая цена;
• Высокое удельное сопротивление;
• Жаростойкость;
• Возможность длительной эксплуатации при 1400°С.

Достоинства нихрома:

• Высокое удельное сопротивление;
• Жаропрочность;
• Усиленные механические характеристики;
• Отлично справляется с цикличным нагревом;
• Пластичен;
• Не магнитится;
• Крипоустойчивый.

При выборе нужного сплава самым важным критерием, определяющим требования к материалу, является температурная нагрузка, среда применения и длительность разовой эксплуатации. Например, для длительной работы при высоких температурах в электропечи подойдет фехраль, а для цикличного нагрева агрессивной среды лучше выбирать нихром.

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

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, °C	Х15Н60	Х20Н80-Н	Nikrothal 80
20	1,12	1,13	1,09
100	1,135	1,137	1,101
200	1,152	1,147	1,112
300	1,172	1,155	1,123
400	1,189	1,163	1,134
500	1,203	1,166	1,134
600	1,213	1,156	1,134
700	1,213	1,148	1,134
800	1,22	1,147	1,134
900	1,229	1,149	1,134
1000	1,238	1,158	1,145
1100	1,248	1,167	1,155
1200	—	1,175	1,166

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 нихрома	Состав	tпл, °C	tраб, °C
Х15Н60	55-61% Ni, 15-18% Cr, остальное Fe	1390	1125
Х20Н80-Н	Основной Ni, 20-23% Cr, Fe не более 1%	1400	1200
Nikrothal 80	Основной Ni, 19-21% Cr, Fe не более 2%	1400	1200

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 нихрома	C, Дж/(кг·град)	α·106, град-1	ρ, кг/м3
Нихром (10%Cr + 90%Ni)	460	18	8660
Х15Н60	460	17	8200
Х20Н80-Н	440	18	8400
Nikrothal 80	460	17,2	8300

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 →	0	20	100	200	300	400	500	600
Нихром (10%Cr + 90%Ni)	17,1	17,4	18,9	20,9	22,8	24,7	—	—
Х15Н60	11,8	—	13,3	14,6	16,1	17,5	—	—
Х20Н80-Н	12,2	13,6	13,8	15,6	17,2	18,9	—	22,6
Nikrothal 80	—	15	15	15	15	17	19	21

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

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.

Новый тип жаростойкого металла

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.

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, мм Электрическое сопротивление нихрома (теория), Ом 1 Ø 0,1 137,00 2 Ø 0,2 34,60 3 Ø 0,3 15,71 4 Ø 0,4 8,75 5 Ø 0,5 5,60 6 Ø 0,6 3,93 7 Ø 0,7 2,89 8 Ø 0,8 2,2 9 Ø 0,9 1,70 10 Ø 1,0 1,40 11 Ø 1,2 0,97 12 Ø 1,5 0,62 13 Ø 2,0 0,35 14 Ø 2,2 0,31 15 Ø 2,5 0,22 16 Ø 3,0 0,16 17 Ø 3,5 0,11 18 Ø 4,0 0,087 19 Ø 4,5 0,069 20 Ø 5,0 0,056 21 Ø 5,5 0,046 22 Ø 6,0 0,039 23 Ø 6,5 0,0333 24 Ø 7,0 0,029 25 Ø 7,5 0,025 26 Ø 8,0 0,022 27 Ø 8,5 0,019 28 Ø 9,0 0,017 29 Ø 10,0 0,014 Значения электрического сопротивления для 1 м нихромовой ленты Х20Н80 № Размер, мм Площадь, мм2 Электрическое сопротивление нихрома, Ом 1 0,1×20 2 0,55 2 0,2×60 12 0,092 3 0,3×2 0,6 1,833 4 0,3×250 75 0,015 5 0,3×400 120 0,009 6 0,5×6 3 0,367 7 0,5×8 4 0,275 8 1,0×6 6 0,183 9 1,0×10 10 0,11 10 1,5×10 15 0,073 11 1,0×15 15 0,073 12 1,5×15 22,5 0,049 13 1,0×20 20 0,055 14 1,2×20 24 0,046 15 2,0×20 40 0,028 16 2,0×25 50 0,022 17 2,0×40 80 0,014 18 2,5×20 50 0,022 19 3,0×20 60 0,018 20 3,0×30 90 0,012 21 3,0×40 120 0,009 22 3,2×40 128 0,009 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 мм Ø нихрома 0,3 мм Ø нихрома 0,4 мм Ø нихрома 0,5 мм Ø нихрома 0,6 мм Ø нихрома 0,7 мм Ø нихрома 0,8 мм Ø нихрома 0,9 мм Ø стержня, мм длина спирали, см Ø стержня, мм длина спирали, см Ø стержня, мм длина спирали, см Ø стержня, мм длина спирали, см Ø стержня, мм длина спирали, см Ø стержня, мм длина спирали, см Ø стержня, мм длина спирали, см Ø стержня, мм длина спирали, см 1,5 49 1,5 59 1,5 77 2 64 2 76 2 84 3 68 3 78 2 30 2 43 2 68 3 46 3 53 3 64 4 54 4 72 3 21 3 30 3 40 4 36 4 40 4 49 5 46 6 68 4 16 4 22 4 28 5 30 5 33 5 40 6 40 8 52 5 13 5 18 5 24 6 26 6 30 6 34 8 31 6 20 8 22 8 26 10 24 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, мм Плотность (удельный вес), г/см3 Площадь сечения, мм2 Масса 1 м, кг Ø 0,4 8,4 0,126 0,001 Ø 0,5 8,4 0,196 0,002 Ø 0,6 8,4 0,283 0,002 Ø 0,7 8,4 0,385 0,003 Ø 0,8 8,4 0,503 0,004 Ø 0,9 8,4 0,636 0,005 Ø 1,0 8,4 0,785 0,007 Ø 1,2 8,4 1,13 0,009 Ø 1,4 8,4 1,54 0,013 Ø 1,5 8,4 1,77 0,015 Ø 1,6 8,4 2,01 0,017 Ø 1,8 8,4 2,54 0,021 Ø 2,0 8,4 3,14 0,026 Ø 2,2 8,4 3,8 0,032 Ø 2,5 8,4 4,91 0,041 Ø 2,6 8,4 5,31 0,045 Ø 3,0 8,4 7,07 0,059 Ø 3,2 8,4 8,04 0,068 Ø 3,5 8,4 9,62 0,081 Ø 3,6 8,4 10,2 0,086 Ø 4,0 8,4 12,6 0,106 Ø 4,5 8,4 15,9 0,134 Ø 5,0 8,4 19,6 0,165 Ø 5,5 8,4 23,74 0,199 Ø 5,6 8,4 24,6 0,207 Ø 6,0 8,4 28,26 0,237 Ø 6,3 8,4 31,2 0,262 Ø 7,0 8,4 38,5 0,323 Ø 8,0 8,4 50,24 0,422 Ø 9,0 8,4 63,59 0,534 Ø 10,0 8,4 78,5 0,659 1 x 6 8,4 6 0,050 1 x 10 8,4 10 0,084 0,5 x 10 8,4 5 0,042 1 x 15 8,4 15 0,126 1,2 x 20 8,4 24 0,202 1,5 x 15 8,4 22,5 0,189 1,5 x 25 8,4 37,5 0,315 2 x 15 8,4 30 0,252 2 x 20 8,4 40 0,336 2 x 25 8,4 50 0,420 2 x 32 8,4 64 0,538 2 x 35 8,4 70 0,588 2 x 40 8,4 80 0,672 2,1 x 36 8,4 75,6 0,635 2,2 x 25 8,4 55 0,462 2,2 x 30 8,4 66 0,554 2,5 x 40 8,4 100 0,840 3 x 25 8,4 75 0,630 3 x 30 8,4 90 0,756 1,8 x 25 8,4 45 0,376 3,2 x 32 8,4 102,4 0,860 Титановый сплав Максимальные рабочие температуры, °С ОТ4, ОТ4-1 350 ВТ3-1 400-450 ВТ5 400 ВТ5-1 450 ВТ6 400-450 ВТ8 450-500 ВТ9 500-550 ВТ18 550-600 ВТ20 500 ВТ22 350-400 Ø мк Ø мм мг в 200 мм г в 1 м г в 1000 м м в 1 г 8 0,008 0,19 0,0010 0,97 1031,32 9 0,009 0,25 0,0012 1,23 814,87 10 0,01 0,30 0,0015 1,52 660,04 11 0,011 0,37 0,0018 1,83 545,49 12 0,012 0,44 0,0022 2,18 458,36 13 0,013 0,51 0,0026 2,56 390,56 14 0,014 0,59 0,0030 2,97 336,76 15 0,015 0,68 0,0034 3,41 293,35 16 0,016 0,78 0,0039 3,88 257,83 17 0,017 0,88 0,0044 4,38 228,39 18 0,018 0,98 0,0049 4,91 203,72 19 0,019 1,09 0,0055 5,47 182,84 20 0,02 1,21 0,0061 6,06 165,01 30 0,03 2,73 0,0136 13,64 73,34 40 0,04 4,85 0,0242 24,24 41,25 50 0,05 7,58 0,0379 37,88 26,40 60 0,06 10,91 0,0545 54,54 18,33