Нихромы. Хромали

Введение

Актуальность работы. Семейство хромовых очень разнообразно. Особый интерес представляют сплавы на основе хрома, никеля и алюминия, так как они обладают рядом характеристик. Из них изготавливают предметы, которые можно применять при больших температурах нагрева.
Особый интерес представляют нихромы и хромали.
Нихромы и хромали, устойчивы в интервале 1000-1300°C, обладают высоким электросопротивлением, используются для изготовления нагревателей в электрических печах сопротивления.
Объект исследования: нихромы и хромали.
Предмет исследования: особенности свойств нихромов и хромалей.
Цель работы: рассмотреть нихромы и хромали.
Для осуществления поставленной цели необходимо решить задачи:
- рассмотреть сплавы нихрома и привести его характеристики.
- дать характеристику хромалей.


1. Характеристика нихрома
Нихром - основной материал для изготовления нагревательных элементов для электрических печей. Нихром специально разработан для этой цели и поэтому в максимальной степени удовлетворяет всем требованиям к таким материалам.
Сложно представить, что еще немногим больше 100 лет назад мировая промышленность не применяла и вообще не знала такой сплав как нихром.
Обойтись без нихрома в наши дни не представляется реальным. В виде двухкомпонентного сплава нихром вошел в нашу жизнь в 1905 году.
И помог этому прогрессу американский инженер, металлург, ученый Альберт Лерой Марш. Патент был зарегистрирован в феврале 1906 года. Это был первый сплав, состоящий из 80% никеля и 20% хрома в качестве нагревательного элемента.
В Америке, Альберт Марш был признан "Отцом электроотопительной промышленности" [1].
В наши дни насчитывается около десяти формул. И название нихром служит для целой категории сплавов. В последующих формулах, составленных за последний век, (Ni) никеля может быть от 55-78%, а (Cr) хрома от 15-23%, 1,5% марганца. В качестве примесей добавляют (Fe) железо, (Zr) цирконий, (Si) кремний, (Mo) молибден, (Ti) титан, (Al) алюминий, а также микро присадки редкоземельных элементов. В главной формуле Марша вышеперечисленных лигатур не присутствовало.
От соотношений добавленных лигатур в сплав, напрямую зависят его качественные характеристики. Чем больше хрома, тем меньше сплав подвержен окислению. Но становиться хрупким, уменьшается пластичность, текучесть сплава. Волочению, намотке в спираль либо холодной прокатке ее уже не подвергнешь.
Пластичность сплаву и доступность к механической обработке - волочению, намотке, сварке придает не только никель, но и железо. Тем не менее, высокий состав (Fe) существенно занижает температурные характеристики сплава. В результате нихром начинает удерживать температуру лишь до 900 °С и живучесть сплава в часах заметно сокращается.
Сплав с завышенным содержанием железа – единственная магнитная разновидность нихрома это марка Х15Н60. Марка Х20Н80 не обладают магнитными качествами.
Не имея под рукой хим. Лаборатории или анализатора металлов, можно отличить марку, по магнитным свойствам «дедовским способом» с помощью магнита подвешенного на ниточке. Марка Х15Н60 всегда будет слабо притягивать магнит[2].
Нихром с легкостью выдерживает температуру плавления, до 1400°С. Плотность составляет (8200-8500) кг/м3. Флагманом физических качеств нихромов считается высокое электрическое сопротивление порядка от 1,05—1,4 Ом·мм²/м и зависит от выбранной марки нихрома. А также высокое сопротивление коррозии в разных средах и высочайшая жаростойкость. Нихром крипоустойчив, это значит способность сплава, при определенном нагреве, удлинятся за установленный промежуток времени. Кроме того, сплав пластичный при этом, совершенно держит заданную ему форму, может работать при рабочих температурах от 1100 до 1300 °С.
Досадная особенность нихрома – ограниченная живучесть в часах. Если не вдаваться в таблицы и цифры марка Х20Н80 Вам прослужит дольше, чем Х15Н60 при одинаковых режимах работы. Разница в цене между вышеописанными марками от 10-15%. Что выбрать решать технологам и экономистам вашего предприятия.
Что касается проволоки фехралевой. Заменитель нихрома изобретен на рубеже XX-XXI веков. Аналог этот относителен на «любителя». Цена дешевле в разы, так как не содержит дорогостоящего никеля. Вместо него хром, алюминий и железо. Живучесть крайне мала. Рабочая температура не выше 900-950 °С. Потребность у предприятий невысокая

. Частые простои термического участка всегда огорчают[3].
На рынке все чаще предлагают нихромы нового поколения. Рекламировать их не будем. Как они себя зарекомендуют, покажет время. На сегодняшний день выводы делать крайне рано. Несмотря на идеально написанные характеристики. Технологи с большим опытом и стажем говорить, что нихром Х20Н80 в прошлом не спешат. И мы торгующие нихромом более 20 лет воздержимся от комментариев. Производители стараются делать выбор в пользу пусть и более дорогого, но и более качественного сплава[4].
Проволока, лента, нить из нихрома – неотъемлемые части практически всех нагревательных приборов[5].
На бытовом уровне нихром стали применять для утюгов, немногим позднее, в пищевой индустрии. Электрические плиты, обогреватели, котлы, тостеры, автомобильные прикуриватели, подогрев сидений, теплые полы, электронные Атомазеры.
Нихром - общее название группы сплавов, состоящих, в зависимости от марки сплава, из 55—78 % никеля, 15—23 % хрома, с добавками марганца, кремния, железа, алюминия.
Первая группа объединяет сплавы, состоящие, по существу, из никеля и хрома, содержание железа в них невелико (0,5—3,0%), чем и объясняется их название.
Вторая группа охватывает собой сплавы, содержащие, помимо никеля и хрома, также и железо.
Нихром, являющийся дальнейшим развитием хромоникелевой жароупорной стали, является весьма жаростойким материалом, так как он обладает чрезвычайно прочной защитной пленкой из окиси хрома Сr2О3 с температурой плавления, большей, чем у сплава, и хорошо выдерживающей периодические нагревы и остывания. Кроме того, он обладает хорошими механическими свойствами, как при нормальной, так и при высокой температурах, крипоустойчивостью и достаточной пластичностью, так что он легко обрабатывается и, в частности, хорошо сваривается. Электрические свойства нихрома также вполне удовлетворительны, он обладает высоким удельным сопротивлением, малым температурным коэффициентом сопротивления, у него отсутствуют явления старения и роста. Наилучшие электрические и в то же время хорошие механические свойства имеют двойные сплавы. Эти сплавы обладают в то же время и прекрасной жаростойкостью, благодаря чему они могут работать до 1100°С. Чем больше содержание хрома в сплаве, тем больше в его защитной пленке содержание Сr2О3, тем она более тугоплавка и тем лучше материал противостоит окислению. Но с увеличением содержания хрома ухудшается одновременно обрабатываемость материала, и при достижении 30% содержания хрома волочение и холодная прокатка становятся уже невозможными. Поэтому, как правило, содержание хрома в них не превосходит 20%. Добавление железа в сплав несколько улучшает его обрабатываемость и увеличивает удельное сопротивление, но ухудшает его температурный коэффициент сопротивления и значительно снижает жаростойкость[6]. Тем не менее, в тех случаях, когда рабочая температура не превосходит 1000°С, допустимо пользоваться тройным сплавом, так как он дешевле и содержит меньше дефицитного никеля. Железобогатый нихром (термин, принятый за границей, где он широко применяется, у нас к нему относится сплав Х25Н20) еще дешевле, требует еще меньше никеля и обладает прекрасными механическими свойствами, хотя его жаростойкость еще ниже. Он может применяться в печах с температурой не выше 900 °С. Все нихромы являются немагнитными сплавами. Нихром выпускается в виде проволоки и ленты. Нихром впервые был предложен в 1906 г. Маршем. В настоящее время за границей его выпускают многие фирмы под различными названиями. Выпускают двойные и тройные сплавы, в некоторыемарки добавляется молибден. В России двойной сплав выпускается с содержанием хрома 20 - 23 и никеля 75 - 78% (Х20Н80), кроме того, выпускается аналогичный сплав с титаном (Х20Н80Т), однако он несколько менее жаростоек и получил лишь ограниченное применение. Тройные сплавы выпускаются с содержанием хрома 15 - 18 и никеля 55 - 61% (Х15Н60). Дороговизна и дефицитность нихрома привели к интенсивным поискам других сплавов, более дешевых и доступных и способных в то же время заменить его в тех или иных условиях[7].
Основные технические характеристики нихромов:
Тройной нихром Х15Н60 - (ЭХН60): Сr - 13 - 18,Ni - 55 - 61. Плотность при 0оС - 8200 кг/м3. Удельное электрическое сопротивление ρ, 10-6ом х м - 1,11 (20 оС), 1,18 (400 оС), 1,2 (600 оС), 1,21 (800 оС), 1,23 (1000 оС)