Нихром

Показать подкатегории

Нихром - описание

Нихром – это совокупность прецизионных сплавов, составляющими которых являются никель, хром, а также легирующие добавки. Патент на этот сплав был зарегистрирован в феврале 1906 года на имя ученого из Америки Альберта Лероя Марша. В 1905 году он создал новый сплав, состоящий из 80% никеля (Ni) и 20% хрома (Cr), в современной классификации он маркируется Х20Н80. В настоящее время для изготовления нихрома используются до десятка формул, в которых содержание никеля колеблется от 55 до 78 процентов, а процент содержания хрома составляет 15-23%, марганца 1,5%. Легирующими компонентами в нихроме могут быть железо (Fe) и другие химические элементы. Свойства нихрома обусловлены процентным содержанием ингредиентов. Способность сплава сопротивляться процессам окисления прямо пропорциональна наличию в химической формуле нихрома хрома. Превышение количества хрома в нихроме более классической пятой части (используем, как пример, Х20Н80), т.е. свыше 20%, вызовет невозможность произвести холодную прокатку металла, волочение проволоки. Сплав нихром может выдерживать нагревание до 1400°С при классическом соотношении компонентов, т.е. четыре части никеля и одна часть хрома (Х20Н80). При соблюдении этой химической формулы состава нихрома на поверхности сплава при нагревании образовывается оксидная пленка, у которой при добавлении других ингредиентов или изменении их соотношения, уменьшается толщина.

Физико-механические характеристики

диапазон температуры плавления – 1100 - 1400°С;
интервал максимальных рабочих температур – 700 - 1200°С;
плотность – 8150 – 8550 кг/куб.м;
теплоемкость удельная – 450 Дж/(кг·К) при 25°С;
предел прочности на разрыв – 0,65-0,7 ГПа;
удельное электрическое сопротивление – (1,02 – 1,47) Ом·мм²/м обусловлено разновидностью сплава.

Плюсы и минусы

Преимуществ у нихрома два – высокая жаропрочность, характеризующаяся способностью выдерживать нагрев до 1400 °С и высокое электрическое сопротивление сплава, характеризующееся показателем в 1,02—1,47 Ом · мм²/м. Это дает возможность использовать нихромовую проволоку в электронагревательной технике. Нихром достаточно пластичен и обладает свариваемостью, что позволяет использовать при обработке всевозможные технологические приемы: волочение, сварку, штамповку, расточные работы и т.п. Недостатком сплава могла бы быть сравнительно высокая стоимость, но технико-экономическое обоснование применения нихрома выявит очевидную выгоду его использования.

Область применения нихрома

Наиболее востребованные образцы электротехнической продукции из вышеназванного сплава – это проволока, лента, нить, а также круги и прутки. Этот сплав обладает значительным удельным электрическим сопротивлением и применяется в виде проволоки для выпуска различной формы нагревателей электропечей. Недостаток проволоки проявляется в невозможности механической обработки из-за ее жесткости. Продукция, произведенная из такой проволоки, подвержена кислотной коррозии.

Как было указано выше, нихром обладает способностью сохранять свойства при значительном повышении температуры, причем, как в нормальной среде, так и в агрессивной. Защитный оксидный слой на поверхности материала придает ему темный оттенок, который при снятии оксидной пленки становится серым. При непосредственном контакте с кислотами сплав разрушается. Классический состав нихрома (Х20Н80) не имеет магнитных свойств, но при добавке в него железа (Fe), эта разновидность нихрома приобретает свойства слабомагнитного материала.

Проволока

Нихромовая проволока имеет следующие отличия:

отсутствие или минимальное наличие магнитных свойств;
повышенная жесткость;
отсутствие окисления при воздействии больших температур;
светлый оттенок поверхности металла, а если металл новый – белый цвет.
Направления использования сплава «нихром»:
в производстве модулей и изделий, работающих в условиях высоких температур, а также в резисторах;
при изготовлении нагревательных элементов электрических печей;
как жаростойкая изоляция, при создании подслоя в условиях газотермического напыления;
при изготовлении электронных сигарет.

Виды изделий из нихрома

Нихромовая проволока имеет разнообразный сортаментный перечень и различается размерами и составом в соответствии с потребительскими запросами. Проволока из нихрома в зависимости от марки сплава делится на три группы. Различают следующие основные категории использования проволоки:

изготовление нагревательных элементов в оборудовании производственного и бытового назначения. Прецизионные сплавы, используемые для этих целей, обладают жаропрочными свойствами. К ним относятся Х20Н80-Н-ВИ, Х15Н60-Н, ХН70Ю-Н, Х20Н80-Н. Величина диаметра такой проволоки находится в пределах от 0,2 мм до 7,5 мм;
изделий, которые эксплуатируются при температуре до 900°С. Этот ряд сплавов представлен марками Х50К10, Х25Н20;
для производства резисторов; изготавливается из сплавов следующих марок -Н80ХЮД-ВИ; Х15Н60; Х20Н80; Х20Н73ЮМ-ВИ. Диаметр применяемой проволоки имеет размер от
9·(10) −3 мм до 0,4 мм;
в бытовых электроприборах - фенах, утюгах и пр.;
в системах обогрева стекол и зеркал в автомобилях.

Близким родственником нихрома является твердый, хрупкий сплав фехраль, плохо поддающийся механической обработке. Этот сплав гораздо дешевле нихрома, потому что в его химическом составе нет никеля. Вместо никеля в фехрале используется железо и алюминий. Характеризуют фехраль большие показатели удельного электрического сопротивления (1.2-1.3 Ом·кв.мм), плотности (7,1-7,3 т/куб.м), температуры плавления (приблизительно 1450 °С). Областью его применения является производство нагревательных приборов большой мощности для промышленных печей, изготовление пусковых и тормозных резисторов для железнодорожного подвижного состава. Проволока из фехраля, используемая для производства нагревательных элементов, за счет замены никеля железом, при эксплуатации разрушается гораздо быстрее, чем проволока из сплава Х20Н80. Для производства перечисленной продукции используются следующие марки сплавов: Х27Ю5Т, Х13Ю4, Х23Ю5Т, Х15Ю5, Х23Ю5.

Наименование марок сплавов нихрома и маркировка

Процентное содержание компонентов сплава определяет его свойства, а, значит, назначение.

Самым востребованным изделием металлургии из сплава марки Х20Н80 является проволока. Находят широкое применение прокатная продукция - лента и полоса, а также прутки и листы. По маркировке вида изделия, например Х20Н80, можно определить, что его состав содержит 80% никеля и 20% хрома. Для улучшения эксплуатационных свойств металла согласно требованиям ГОСТа вносятся легирующие добавки - кремний (Si) – 1%; марганец (Mn) – 0,7%; железо (Fe), а также редкоземельные металлы.

Сплав ХН20ЮС включает в себя следующие ингредиенты: никель (Ni) - до 20%; хром (Cr) – до 20%; железо (Fe)- около 50%, а также кремний, кальций. Он применяется для массового производства электрооборудования промышленных термопечей.

Основные составляющие нихрома марки ХН70Ю-Н - никель (Ni) в количестве 70%, доля хрома (Cr) 27%, остальные ингредиенты - барий, марганец, железо и другие, которые позволяют его использовать для производства термостойких деталей.

Сплав Х20Н73ЮМ-ВИ содержит никель (Ni) - 73%; хром (Cr) – 20%; железо (Fe); алюминий (Al); углерод (C). Литеры в конце маркировки обозначают, что сплав произведен при помощи вакуумно-индукционной плавки.

Международные наименования нихрома

На международном рынке металлопродукции действует иная маркировка нихромовых сплавов. Популярная отечественная марка Х20Н80 соответствует следующим зарубежным аналогам – Cronix 80; Chromel A; Nichrome V; N8; евронихром; Ni80Cr20; NiCr80/20; Resistohm 80; HAI-NiCr 80; Nikrothal 8.

Сплав Х15Н60, производимый отечественной промышленностью, обладает магнитными свойствами и также очень популярен в электротехническом производстве. Его аналогами за рубежом являются Nikrothal 60; Nikrothal 6; Cronifer II; Alloy C; Ni60Cr15; NiCr60/15; N6; Chromel C.

Регламент для производства

При выборе оптимального производства металла, необходимо руководствоваться нормативной документацией, образчиком которой являются ГОСТ 8803-89; ГОСТ 12766.1- 90; ГОСТ 12766.3-90; ГОСТ 12766.4-90 и ТУ 14-1-3224-81; ТУ 14-1-3225-81, которые устанавливают свойства и химический состав нихрома, регламентируют условия эксплуатации, перевозки и хранения.