Нихром и Фехраль: характеристика сплавов и их различия

Состав

В составе нихрома содержится около 20% никеля и до 80% хрома.

Кроме того, в сплаве могут присутствовать добавки в виде марганца, алюминия, железа, кремния и пр.

Введение в состав нихрома лигатур повышает эксплуатационные показатели и технические параметры металла:

• никель и железо улучшает обрабатываемость;
• железо, титан, алюминий и марганец снижают сопротивляемость повышенным температурам;
• при наличии в сплаве железа нихром приобретает магнитные свойства.

Повышение добавок может ухудшать характеристики металла.

От количества никеля зависит температура, которую способны выдержать нагревательные элементы.

Содержание хрома в сплаве должно быть не более 20%. Увеличение количества хрома повышает хрупкость и ухудшает обрабатываемость металла. При его содержании в сплаве более 30% становится невозможной холодная прокатка и волочение материала.

От количества хрома зависит прочность защитной пленки и стойкость к окислению.

Что такое нихром? Свойства и применения нихрома. Описание нихрома

История нихрома началась в 1905-ом году. Сплав изобрел Альберт Марш. Ученый из США запатентовал одну формулу. Сейчас же существует около 10-ти вариантов рецептуры, поэтому понятие «нихром» разрослось до обозначения ни одного, а группы сплавов.

Что такое нихром?

Альберт Марш соединил когда-то около 80% никеля и 20% хрома. В формулах, составленных позже, первого элемента может быть от 55%, а второго от 15%. В качестве примесей добавляют алюминий, железо, марганец, кремний, молибден, титан. В первом в истории варианте смеси лигатуры не было.

Физические и химические свойства нихрома

От пропорций металлов в сплаве зависят его свойства. Чем больше хрома, тем меньше смесь подвержена окислению. Почему же максимальный показатель содержания хрома в сплаве равен 20%? Почему нельзя купить нихром, к примеру, с 30% хрома? Дело в том, что перебор этого металла уменьшает пластичность, данные обработки смеси. Холодной прокатке или волочению ее уже не подвергнешь.

Обрабатываемость нихрома улучшает не только никель, но и железо в качестве лигатуры. Однако, такое добавление уменьшает сопротивляемость состава жару. Железообогащенный нихром выдерживает температуры лишь до 900 градусов Цельсия.

Сплав с лигатурой железа – единственная магнитная разновидность нихрома. Все остальные варианты смеси не обладают магнитными свойствами.

Нихром с легкостью выдерживает температуры до 1 400 градусов Цельсия при рецептуре только из никеля и хрома. Понижают показатель, кроме железа, добавки титана, алюминия, марганца. Составу в чистом виде переносить жар помогает образующаяся на его поверхности оксидная пленка. Она утончается при сторонних примесях.

При небольшом нагреве, велико и электро-сопротивление нихрома. Его показатель – 1,05-1,4 мм2/м. К тому же, нихром крипоустойчив. Это означает способность материала, при определенном нагреве, удлинятся за определенный промежуток времени. Кроме того, сплав пластичный, его легко деформировать. При этом, нихром отлично держит приданную ему форму.

Один из минусов сырья – ограниченный период службы. Это особенно касается небольших элементов из сплава. Чем шире, к примеру, проволока нихром, тем дольше она служит. Необходимость периодически заменять элементы из сплава в приборах привела к настоящему ажиотажу на нихром в 20-ом веке. Крупные производители стали закупать состав в прок, опустошая рынок. Дефицит вызвало и резкое расширение списка сфер применения смеси никеля с хромом. К тому же, закупки сплава (так оно и по сей день) стараются осуществлять в момент падения ценника на никель. Для этого следят за торгами на бирже. Успеть надо в короткие периоды спада стоимости. Это опять же приводит к ажиотажу.

В промышленности нихром во многом заменил железо, ведь смесь никеля с хромом не искрит, не оставляет привкуса гари, не дает неприятного запаха. Удельное сопротивление нихрома в 70 раз превышает этот показатель у меди, а оцинкованную сталь сплав обходит в 10 раз.

Применение нихрома

Проволока нихром, пластины, болты, спирали – неотъемлемые части почти всех нагревательных приборов. Сплав не плавится и не окисляется при высоких температурах. Этим не может похвастаться большинство других смесей металлов.Единственный заменитель нихрома придуман на рубеже 20-го и 21-го веков. Имя аналога – фехраль. Однако, аналог этот относителен. Рабочих циклом он выдерживает меньше, температуры переносить не такие большие. Зато, сплав дешевле, ведь не содержит дорогостоящего никеля. Вместо него хром дополняют алюминий и железо. На стоимость влияет и производственный цикл. Фехраль делать гораздо проще нихрома.

Тем не менее, солидные производители стараются делать выбор в пользу пусть и более дорогого, но и более качественного сплава. Нихром есть в тостерах, духовках, хлебопекарнях, печах для обжига и сушки, обогревателях. Сплав также находит применение в реостатах и резисторах. Нихром есть в паяльниках и электрических лампах.

Жаропрочный сплав также наносят при газотермическом напылении. В нем нихром выступает подслоем термоустойчивого покрытия. Применение находит и лом нихрома. Его переплавляют, и материал вновь идет в дело. Некоторые сдают детали из сплава в пункты приема металлов. За один килограмм нихрома дают примерно 200 рублей. Для сравнения, за килограмм алюминия, к примеру, скупщики готовы выложить всего около 40-ка рублей.

Выбор в пользу нихрома часто делают в случаях, когда выбирают сплав для применения в агрессивных средах. Так, сплав никеля с хромом используют в химических лаборатория. Состав не вступает в реакции с большинством кислот и щелочей.

Стоимость нихрома

Двухкомпонентный сплав оценивают почти в 1 000 рублей. Столько просят за килограмм при покупке в розницу. Таким образом, на нихром цена в 4 раза больше, чем на фехраль. Однако, большинство марок нихрома с лигатурой стоят в районе 500-600-от рублей. Но, и фехраль встречается по 150-100 рублей за килограмм. Ценник обусловлен процентным соотношением в сплаве хрома и алюминия, а также наличием и качеством лигатуры. Интересно, что нихромом называется еще и один из интернет браузеров. Его разработали специалисты на базе так называемого «хромиума». Имя этого движка, более известного как Google Chrome, и легло в основу названия продукта.

Как и всем интернет-продуктам, нихрому ищут замену. Но, пока, кроме фехраля вариантов нет. Тем не менее, ученые и металлурги продолжают эксперименты, смешивая известные металлы во всевозможных пропорциях. Это погоня за знанием, качеством и, конечно, финансовой выгодой.

Свойства нихрома

Сплав отличается хорошей пластичностью и высоким электрическим сопротивлением. Его показатель может составлять от 1100 до 1400 Ом·мм²/м в зависимости от марки металла.

Таблица 1. Технические характеристики нихрома.

Изделия из нихрома легко деформируются, сохраняя заданную форму.

Нихром не обладает магнитными свойствами за исключением сплава, в составе которого имеется лигатура железа.

Рисунок 2. Нагревательный элемент.

Содержание

Нихром: описание и характеристики
Фехраль: описание и характеристики

Нихром и Фехраль: в чем разница сплавов

Нихром и Фехраль

– это группа прецизионных сплавов, которые характеризуются высоким электрическим сопротивлением. Этим обусловлено их основное применение – производство нагревательных элементов для электрометрического оборудования. Однако, несмотря на отношение к одной группе сплавов и аналогичное практическое применение, эти материалы имеют различия в химическом составе и в физических и механических свойствах.

Марки нихрома

К наиболее распространенным в промышленности маркам относятся:

• Х20Н80 — классический сплав, содержащий около 20% хрома и 80% никеля;
• Х15Н60 — в сплаве уменьшено содержание хрома и никеля, увеличено содержание железа до 25%;
• Х20Н80-Н (-Н-ВИ) и Х15Н60 (-Н-ВИ) — сплавы, получаемые в вакуумных индукционных печах;
• Н50К10, Х25Н20 — марки нихрома, используемые для работы при температуре до 900°С.

Сплавы, получаемые в вакуумных индукционных печах, отличаются тем, что их электросопротивление мало меняется при изменении температуры.

Расшифровка марок:

• Х – хром(Cr);
• Н – никель(Ni);

Цифрами обозначено процентное содержание состава.

Дополнительные буквы означают:

• ВИ — вакуумно-индукционная плавка;
• Н — категория греющих элементов;
• С — использование в элементах сопротивления;
• ТЭН —предназначено для электронагревателей сухого типа.

Например, марка Х20Н73ЮМ-ВИ обозначает: содержание хрома – 20%, никеля – 73%, алюминия – 3%, молибдена – 1,5%, марганца – до 0,3%, титана – до 0,05%, железа – 2%, углерода – до 0,05%. Сплав выплавлен с помощью вакуумно-индукционного метода.

Назначение и свойства изделий из нихрома определяется химическим составом сплава.

Международные обозначения

В международных наименованиях нихрома можно встретить обозначения:

• Cronix 80;
• NiCr80/20;
• Nichrome V;
• Chromel A;
• HAI-NiCr 80;
• Ni80Cr20;
• Nikrothal 8;
• Resistohm 80;
• евронихром.

Европейские аналоги ферронихрома: NiCr60/15, Ni60Cr15, ChromelCN6, Nikrothal 6, Nikrothal 60, CroniferII, AlloyC.

Марки

Распространенными и востребованными в промышленности считаются две марки сплава: Х20Н80, Х15Н60. Пример расшифровки:

• Х – Хром; • 20 – процентное содержание Хрома в сплаве; • Н – Никель; • 80 – процентное содержание Никеля.

Также в сплав могут вводить вспомогательные присадки на основе Циркония. В обозначении добавляют индекс Н.

В некоторых случаях, производитель вводит в название индекс метода производства Нихрома. Например, «-ВИ» означает индукционную плавку под глубоким вакуумом.

Достоинства и недостатки

Сплавы нихрома отличаются высоким электрическим сопротивлением.

Показатели удельного сопротивления нихрома в 10 раз выше, чем у оцинкованной стали и в 70 раз превышают показатели меди.

К другим достоинствам относятся:

• высокая механическая прочность и твердость;
• жаростойкость и отсутствие температурных деформаций;
• малый удельный вес и хорошая пластичность;
• устойчивость к коррозии и воздействию агрессивных сред;

Материал легко поддается обработке: заточке, штамповке, сварке и т. д. Не меняет своих характеристик под действием высоких температур.

Благодаря устойчивости к коррозии и агрессивной внешней среде сплав имеет практически неограниченный срок службы.

К недостаткам материала относится высокая стоимость.

Уменьшение процентного содержания хрома в сплаве удешевляет изделия, но и понижает технические свойства материала.

Фехраль: описание и характеристики

Фехраль (Fecral)

– сплав, в химическом составе которого основными компонентами выступают железо (Fe), хром (Cr) и алюминий (Al), отсюда и название. Чаще всего процентное содержание элементов в составе сплава такое: Fe – 5,0-5,5%, Cr – 12,0-15,0%, Al – 3,5-5,5%, также возможно присутствие в составе марганца, кремния и титана.

Самые востребованные марки Фехрали — FeCrAl 125, FeCrAl 135, FeCrAl 140, FeCrAl 145 и FeCrAl H.

Очень часто Фехраль называют Канталом. В принципе, это один и тот же сплав – FeCrNi, вот только Кантал (Kanthal) – это зарегистрированное название производителем проволоки из сплава фехраля.

Самыми популярными являются три типа Кантала:

• Kanthal D
  – сплав, в химическом составе которого 4,8% алюминия;
• Kanthal A
  – сплав, в химическом составе которого 5,3% алюминия;
• Kanthal A-1
  – сплав, в химическом составе которого 5,8% алюминия.

Различие в процентном содержании алюминия в химическом составе сплавов немного влияет на удельное сопротивление.

Также можно встретить такие названия фехраля, как: еврофехраль, мегапир, Aluchrom, Resistohm.

Основные свойства фехраля:

• максимальная рабочая температура — 14000С; температура плавления фехрали – 15000С;
• высокое удельное электрическое сопротивление;
• стойкость к повышенным поверхностным нагрузкам;
• устойчивость к окислению в условиях атмосферы на основе серы;
• высокая жаростойкость и устойчивость к окислению на воздухе;
• отличная пластичность и способность долго держать форму;
• долговечность.

Из марок фехраля изготавливают проволоку, прутки, ленты, пластины, нагревательные спирали.

Этот металлопрокат применяют в:

• производстве нагревательных элементов в мощных промышленных и лабораторных печах;
• производстве резисторов электровозов и моторвагонных подвижных составов;
• производстве бытовой технике: сушилки, духовые печи и т.д.;
• изготовлении резисторов и блоков сопротивления;
• изготовление электронных сигарет.

Изготовление проволоки и ленты из нихрома

Практически во всех электрических печах и электроприборах в качестве нагревательных элементов используется нихромовая проволока, нить или лента.

Существует несколько способов изготовления изделий из нихрома:

1. Волочение проволоки и нити с промежуточной термообработкой. Непосредственно перед волочением катанку диаметром 6-8 мм нагревают в специальных печах до температуры 1170-1230°С и быстро охлаждают. Температура нагрева заготовки зависит от состава сплава. Следующий этап — травление катанки в смеси соляной и азотной кислоты с водой.

Волочение нихромовой проволоки выполняют с применением высокого давления. Производство изделий методом волочения регламентируется требованиями ГОСТ 8803-89

1. Волочение горячекатаной заготовки для получения ленты из нихрома. Такой способ позволяет на выходе получить высококачественную полосу, точно соответствующую профилю и сечению волочильного канала. Получаемая лента отличается высоким качеством и отсутствием острых кромок.
2. Холоднотянутая протяжка. Способ применяется для изготовления проволоки и нитей из нихрома. Осуществляется без предварительного прогрева заготовки. Регламентируется ГОСТ 12766.1-90
3. Холодная прокатка. Применяется для изготовления ленты из нихрома. Выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ 12766.2-90.
4. Плющение — применяется для изготовления ленты из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Выполняется по ГОСТ 12766.5-90.

Лента из нихрома.

Размеры, механические свойства и другие параметры проволоки из нихрома регламентируются государственными стандартами или техническими условиями.

Нихром Х20Н80, Х15Н60, фехраль Х23Ю5Т — области применения, химический состав, свойства.

Х15Н60 и Х20Н80 — это широко применяемые прецизионные сплавы хрома и никеля с высоким электрическим сопротивлением. Никель (Ni) — основной металл, входящий в состав данных сплавов. Его доля в нихроме составляет 55-78%. На втором месте по количеству идет хром (Cr) — 15-23%. Помимо вышеуказанных составляющих нихром Х15Н60 и Х20Н80 также включает кремний (Si), алюминий (Al), фосфор (P), марганец (Mn), титан (Ti), углерод (C), железо (Fe), сера (S).

Нихром обладает свойствами, которые определяются его основными элементами — никелем и хромом. Никель имеет свойство растворять в себе большое количество других металлов, сохраняя при этом хорошую пластичность. Также данный металл обладает хорошей коррозионной стойкостью в жидких и газообразных средах и, как отмечается выше, имеет хорошую пластичность, жаростойкость. Хром, в свою очередь, обладает высокой жаропрочностью, твердостью и также устойчив против коррозии. Таким образом, нихром сочетает в себе хорошую жаропрочность, жаростойкость и пластичность, а также имеет высокое сопротивление коррозии.

Свойство жаростойкости определяет максимальные рабочие температуры , которые позволяют использовать нихром. Для нихрома Х20Н80 — до 1200 С (в зависимости от диаметра проволоки), для нихрома Х15Н60 — до 1125 С (в зависимости от диаметра проволоки) в соответствии с ГОСТ 12766.1-90. Влияние количества никеля в сплаве можно увидеть по данной характеристике. Чем больше никеля содержит нихром, тем большую максимальную рабочую температуру имеет последний.

Другим свойством, достойным внимания, является пластичность. Она относится к технологическим свойствам, которые показывают, каким видам обработки (точение, волочение, штамповка, сварка и т.д.) может подвергаться данный материал. Нихром имеет хорошую пластичность, что дает возможность получать такие виды продукции, как нихромовая проволока, а также лента нихромовая, в том числе тонкая проволока. Нихромовую проволоку получают с помощью обработки давлением, а именно, применяя волочение.

Следующими важнейшими физическими свойствами нихрома являются малый температурный коэффициент электрического сопротивления и высокое удельное электрическое сопротивление. Данные свойства в совокупности с высокой жаростойкостью определили применение нихрома в виде ленты и проволоки для изготовления высокотемпературных нагревательных элементов.

Нихром Х20Н80 и Х15Н60 (нихромовая лента и проволока нихромовая) используются в основном в электротехнике. Его применяют при создании реостатов в нагревательных приборах; проволочных и ленточных резисторов; электронагревательных элементов, электронагревателей, длительно работающих на воздухе при температуре до 1250 С. Также рекомендуется применять нихром при изготовлении нагревателей электротермического оборудования повышенной надежности. Х15Н60 кроме всего прочего используется при создании непрецизионных резисторов.

Фехраль Х23Ю5Т содержит 22-24% хрома (Cr) и всего лишь до 0.6% никеля (Ni). Это железохромоалюминиевый сплав. Отсутствие в больших количествах никеля делает фехраль более дешевым материалом по сравнению с нихромом. Однако, фехраль менее технологична — из нее нельзя изготовить тонкую фехралевую проволоку. В общем, два этих сплава очень похожи и имеют одинаковое применение.

Среди различной продукции наибольшее распространение получили нихромовая проволока, лента Х20Н80 и Х15Н60 и фехралевая проволока Х23Ю5Т.

Области применения

Высокая коррозийная стойкость, способность работы в агрессивных условиях, качественные технические характеристики позволяют использовать материал в различных сферах.

В промышленных установках и электрооборудовании:

• высокотемпературные электрические печи;
• вентиляционные сушки;
• котлы и теплообменники;
• сварочные аппараты;
• одножильные и многожильные электрические провода;
• конструкционные элементы металлоплавильного оборудования;
• камеры полимеризации порошковой краски;
• приборы для резки пенопласта;
• резисторы, реостаты.

Нагревательные элементы из нихрома установлены в автомобильных прикуривателях, системах обогрева стекол и сидений в автомобилях.

Специальные марки сложнолегированного нихрома с небольшим коэффициентом электрического сопротивления используют в качестве жаропрочного покрытия при выполнении газотермического напыления.

В быту

Материал используется практически во всех современных бытовых приборах:

• электрических плитах и духовках;
• обогревателях и бойлерах;
• стиральных машинах и тостерах;
• фенах и утюгах;
• электропаяльниках и приборах для выжигания по дереву;
• электронных атомайзерах и лампочках.

Использование спиралей в бытовых электроплитах.

Нити из нихрома получили широкое распространение в медицине в качестве шовного материала при проведении внутриполостных хирургических и пластических операций.

Для каждой сферы применения производятся определенные марки сплавов с оптимальными техническими характеристиками.

Сферы применения материала

Сплав активно применяется в нагревателях промышленного, бытового и лабораторного классов. Спираль нихромовая используется в качестве основного теплоэлемента в электропечах сопротивления высокой степени нагрева, сушильных аппаратах. Благодаря свойствам материала его можно применять во всех устройствах, где требуется контролируемый нагрев.

Например, сплав Х20Н80 используется в высокотемпературных электрических печах сопротивления промышленного масштаба. Марку рекомендуется применять для тех устройств, где требования к надежности выше обычных.

Сферы использования Х15Н60 аналогичные. Кроме этого, сплав данной марки активно применяется при создании электроники, а также электронных компонентов. На основе Х15Н60 создают резисторы разного класса мощности.

Что такое сплав для резистивного нагрева

Резистивными называют материалы, которые нагреваются до высоких температур при прохождении по ним тока.

Надежность, качество и технические характеристики нагревательных элементов зависят от состава материала.

К основным видам резистивных сплавов относятся:

1. Нихромы — сплавы никеля и хрома.
2. Ферхали — сплавы железа, хрома и алюминия.
3. Многокомпонентные сплавы, в которые, кроме хрома, алюминия, железа, добавлены легирующие элементы — медь, марганец, кремний, титан.

Температура плавления многокомпонентных сплавов составляет 1500°С, а срок службы нагревательных элементов в 2-3 раза превышает изделия из нихрома.

Удельное сопротивление нихрома и других сплавов для нагревателей

Удельное электрическое сопротивление определяет способность металла препятствовать прохождению тока. Рассчитывается как отношение электрического поля к плотности тока и измеряется в Ом·мм²/м.

Таблица 2. Удельное сопротивление основных сплавов, подходящих для нагревательных элементов.

Основными факторами выбора сплава для изготовления нагревателей являются сочетание высокого электрического сопротивления и способности длительное время выдерживать экстремально высокие температуры.

Нихром и Фехраль: в чем разница сплавов

Основное отличие сплавов – химический состав, а именно содержание никеля в Нихроме и его отсутствие в Фехрале.

Этим объясняется отличие механических и физических свойств сплавов:

• удельное сопротивление фехраля немного выше, чем удельное сопротивление нихрома;
• нихром более устойчив к циклическим температурным нагрузкам;
• нихром нагревается и остывает быстрее фехраля;
• пластичность фехраля приблизительно в 2 раза ниже, чем у нихрома;
• у нихрома коэффициент излучения при окислении выше;
• нихром – немагнитен и пригодет к применению при низких температурах, а фехраль теряет свои магнитные свойства только при температуре выше 600оС;
• фехраль более тугоплавкий и твердый сплав, а значит, более ломкий на извив;
• стоимость нихрома выше, чем стоимость фехраля.

Оба сплава обладают отличными свойствами, выбор зависит от сферы применения изделия и поставленной задачи.

Купить Нихром (Nichrom) или Фехраль (Fecral) вы можете в компании ЕМК. Мы поставляем качественные материалы ведущих европейских производителей, что подтверждается соответствующей документацией.

Расчёт электрической спирали из нихрома

Параметры спирали можно рассчитать, пользуясь электронными калькуляторами на сайте производителей. Указав мощность нагревателя, напряжение питания и диаметр проволоки, можно рассчитать длину проволоки, необходимую для спирали нагревателя.

Расчет сопротивления

Оно рассчитывается исходя из диаметра используемой проволоки или площади сечения ленты.

Общая длина проволоки умножается на удельное сопротивление одного метра проводника с соответствующим сечением.

Если известна марка сплава, удельное сопротивление проволоки берется из таблиц, размещенных в технических справочниках, ГОСТ или в интернете.

Если марка сплава неизвестна, показатели проволоки или готовой спирали можно измерить мультиметром.

С помощью онлайн-калькулятора можно сделать предварительный расчет спирали, но для точного расчета параметров нагревателя следует учесть еще много факторов.

Спирали из нихрома.

Расчет длины

Длина спирали из нихрома зависит от удельного сопротивления и диаметра проволоки и определяется по формуле: L=(Rπd2)/4ρ.

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

ρ нихрома берем из таблицы ГОСТ 12766.1-90:ρ=1.0÷1.2 Ом·мм2/м.

Таблица 3. Соотношение силы тока, диаметра и сечения нихрома.

Пример:

Необходимо рассчитать длину проволоки для спирали электрической плитки.

Мощность плитки Р = 800 Вт.

Напряжение сети U=380 В.

Решение:

• Определяем силу тока: I = P/U = 800/220 = 3,64 A.
• Определяем сопротивление проволоки R = U/I = 220/3,64 = 61 Ом.
• По этим данным (см. таблицу 3) выбираем d=0,55 мм; S=0,238 мм.

Тогда длина проволоки l = SR / ρ = 0,238·61 /1,1 = 13,2 м = 13 200 мм.

• L — длина проволоки (мм);
• S — сечение проволоки (мм);
• R — сопротивление проволоки (Ом);
• ρ — удельное сопротивление (для нихрома ρ=1.0÷1.2 Ом·мм²/м).

Как навить спираль из нихрома

Изготовить спираль из нихромовой проволоки можно в домашних условиях.

Для этого нужно подобрать проволоку подходящей марки и рассчитать:

• длину проволоки;
• шаг навивки спирали;
• количество витков.

Длину одного витка определяем по формуле:

l=π(D+d/2)=3,14(5+0,55/2)=32 мм.

Количество витков:

N=L/l=13 200/32=412 витков.

• d — диаметр проволоки;
• L — длина проволоки;
• I — длина витка;
• D — диаметр стержня для навивки.

Количество витков проволоки при навивке на трубчатый стержень D=10 мм составляет 412 шт.

На практике редко занимаются навивкой спиралей в домашних условиях. Проще купить нагревательный элемент с требуемыми параметрами в специализированном магазине.

Кустарная намотка спирали.

Температурный коэффициент сопротивления

Удельное сопротивление сплава меняется при нагревании или охлаждении материала.

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) нихрома определяется как отношение изменения электрического сопротивления к изменению температуры в градусах Кельвина, взятые в минус первой степени (Кˉ¹).

ТКС нихрома определяется по формуле: α= (R1 — R2) / R1 Х (T1 — T2), где:

• R1 — величина сопротивления при начальной температуре;
• R2 — при конечной температуре;
• T1 — температура начальная;
• T2 —температура измененная;
• (R1 — R2) — разница электрических сопротивлений;
• (T1 — T2) — разница температур.

Нагревание на 100°С повышает электрическое сопротивление нихрома на 2%.

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 60 против нихрома 80

Свойства нихрома определяются количественным соотношением никеля и хрома в сплаве.

Чем больше никеля в сплаве, тем выше его максимальная рабочая температура:

• для нихрома Х20Н80 этот показатель равен 1200°С;
• для сплава Х15Н60 — до 1125°С.

Следующим важным показателем является пластичность. Она влияет на обрабатываемость металла.

Сплав нихром 60 был создан за счет уменьшения количества никеля в сплаве и увеличения модифицирующих добавок для снижения стоимости нагревателей.

Использование более дорогого сплава марки Х20Н80 оправдано при эксплуатации приборов в условиях предельно высоких температур.

Нихром: описание и характеристики

Нихром (Nichrom)

– общее название группы сплавов, которые в своем химическом составе имеют высокий процент содержания никеля (Ni) и хрома (Cr), отсюда и название. В зависимости от необходимости улучшить те или иные механические свойства помимо никеля и хрома могут быть добавлены другие элементы, например, железо, алюминий, кремний или марганец.

Различают два основных типа нихромов:

• Нихром-80 (Nichrome 80) или нежелезистый – прецизионный сплав, в химическом составе которого 80% никеля и 20% хрома (Ni-Cr);
• Нихром-60 (Nichrome 60) или железистый – прецизионный сплав, в химическом составе которого 60% никеля, 16% хрома и 24% железа (Ni-Cr-Fe).

Отличаются эти два типа нихрома процентным соотношением никеля/хрома и присутствием в химическом составе последнего железа, что влияет на показатели удельного сопротивления. Среди самых востребованных марок Нихрома — Ni80Cr20, Ni70Cr30, Ni60Cr15, Ni40Cr20, Ni30Cr20 и Ni20Cr25.

Основные свойства нихрома:

• максимальная рабочая температура – 11000С; температура плавления нихрома – 11000С-14000С;
• устойчивость к агрессивным средам;
• отличные показатели пластичности и крипоустойчивости;
• высокая жаропрочность в окислительной атмосфере (до 12500С);
• низкий температурный коэффициент расширения;
• отличная свариваемость;
• высокое удельное сопротивление;
• коррозионостойкость и долговечность.

Стоит отметить, что нихромовые изделия отлично проводят тепловую энергию, поэтому из марок нихромов изготавливают проволоку, прутки, ленты, полосы, нагревательные спирали.

Этот металлопрокат применяют в:

• производстве нагревательных элементов в электропечах, печах для обжига, аппаратов для выжигания;
• промышленных вентиляционных сушках;
• котлах и теплообменниках;
• изготовлении электрических проводов;
• производстве деталей, которые эксплуатируются при высоких температурах, например, реостаты;
• изготовлении электронных сигарет.

Влияние температуры и обработки на удельное сопротивление

Благодаря сопротивлению металла, противостоящему потоку электричества, нагреватели из нихрома генерируют тепло.

Показатели могут меняться в зависимости от разных факторов:

1. Температуры сплава. При повышении температуры с 20°С до 650°С удельное сопротивление увеличивается примерно на 8%.
2. Методов изготовления и обработки. Сопротивление меняется после отжига и быстрого охлаждения:

• Х20Н80 – увеличение на 6%;
• Х30Н70 – увеличение на 4%;
• Х15Н60 – увеличение на 2%.

Сплав Х20Н35 удельное сопротивление при обработке и изменении температуры практически не меняет.

Способность к изменению удельного сопротивления зависит не только от состава сплава, но и от размера сечения нагревателя. Элементы меньшего сечения сильнее реагируют на изменение температуры сплава, чем массивные части.

Пайка нихрома

При длительном использовании электронагревательных приборов или перегреве спираль из нихрома может перегореть.

Соединить элементы из нихрома между собой, а также со сталью, медью или их сплавами можно пайкой, с помощью олово-свинцового припоя ПОС 50 или ПОС 61.

Кроме того, используют флюс из смеси технического вазелина (100 г), глицерина (5 г) и порошка хлористого цинка(7 г), перемешенного до кашицеобразного состояния.

Пайка выполняется в следующем порядке:

• соединяемые элементы зачищаются абразивной шкуркой;
• выполняется обезжиривание с помощью десятипроцентного спиртового раствора хлористой меди;
• детали обрабатываются флюсом;
• проводится лужение концов проволоки;
• выполняется пайка.

Лужение можно выполнять с помощью обычной лимонной кислоты. Для этого небольшое её количество насыпают на деревянную подставку, на порошок кладут зачищенные концы соединяемых деталей и нагревают паяльником. Кислота плавится, покрывая тонким слоем поверхность металла.

Для удаления остатков лимонной кислоты концы провода еще раз лудят с помощью канифоли.

Пайка выполняется припоями ПОС 40/50/61.

Ремонт перегоревшей нихромовой спирали с помощью припоя не подходит для приборов, нагрев которых превышает 300°С.

Пайка нихрома.

Чем можно заменить нить из нихрома

Современным аналогом нихрома является фехраль (FеСгАl) — сплав железа, хрома и алюминия.

Фехралевые нагреватели используются в машиностроении, литейной промышленности, производстве стекла и керамики, других отраслях.

Материал поставляется в виде проволоки, нити, спиралей различного диаметра или готовых нагревательных элементов.

К преимуществам фехралевых нагревателей, по сравнению с нихромовыми, относятся:

• отсутствие окалины;
• меньшая плотность;
• больший срок эксплуатации (в 2-4 раза);
• стоимость ниже нихрома в 2-3 раза.

Защиту нагревательных элементов из фехраля обеспечивает алюминиевая пленка. При работе в безокислительной среде защитную пленку следует восстанавливать с помощью отжига на воздухе (в окислительной среде).

При температуре свыше 900°С металл становится зернистым и хрупким.

Нагревательные элементы из фехраля необходимо размещать на керамических трубках, так как при температуре свыше 800°С спирали могут деформироваться даже под собственным весом.

Проволока фехраль 0,5 мм Х23Ю5Т.

Изоляция нихрома силиконовым многожильным кабелем

Термостойкий нагревательный кабель в силиконовой изоляции на основе ленты или проволоки марки Х20Н80 используют в различных нагревательных системах и установках теплового воздействия.

Для изоляции проволоки или ленты из нихрома используют в основном двухслойную силиконовую изоляцию.

Основу изоляционного материала составляет силиконовый каучук, получаемый на базе высокомолекулярных кремнийорганических соединений. По внешнему виду изоляция похожа на обычную резину, но отличается от нее более высокими техническими показателями:

• устойчивостью к высоким напряжениям — напряжение пробоя составляет 5 000 Вольт;
• стойкостью к агрессивным средам и атмосферным воздействиям;
• огнестойкостью — материал не горит и не выделяет токсичного дыма при горении;
• рабочими температурами от -60°С, до +180°С;
• повышенной прочностью и долговечностью.

Силиконовая изоляция выдерживает кратковременное повышение температуры до 220°С без изменения структуры и качества покрытия. Не разрушается под действием ультрафиолета и радиоактивных излучений. Не теряет своих качеств под воздействием ионизирующих излучений до 20 Мрад (20 х 106 кДж/кг).

Для изготовления термостойкого греющего кабеля используется в основном двухслойная силиконовая изоляция.

Нихром в изоляции.

Требования к эксплуатации

Чтобы обеспечить длительный срок службы изделий из нихрома, важно соблюдать определенные правила:

• для предотвращения перегрева не допускается намотка нагревательного кабеля на каркас в несколько слоев;
• изгиб токоведущей жилы в кабеле не должен превышать пяти ее диаметров.

Целостность проводника можно восстановить путем механической скрутки, резьбовых зажимов или муфт, пайки или сварки.

При первом включении прибора с нагревательным кабелем из нихрома может выделяться небольшое количество дыма из-за выгорания остатков масла.

Спираль нихромовая