Прецизионный сплав нихром: от упаковки до электропечей

Впервые нихромовый сплав был получен в США в 1905 году. Разработал данный сплав ученый-физик А. Марш из компании DriverHarris.

Нихром и его основные свойства

Прецизионный сплав нихром — это обобщающее, объединенное название группы сплавов, которые состоят из следующих химических элементов: 55 – 78% никеля, а также 15 – 23% хрома. Само по себе название «нихром» (сокр. никель – хром) говорит о повышенном содержании никеля в основе сплава. В качестве добавок в группу сплавов нихром могут входить марганец, кремний, железо и алюминий. Плотность нихрома составляет 8,2 – 8,4 г/см³. Все разновидности нихрома относят к группе высоколегированных прецизионных сплавов (от фр. précision — точность), имеющих точный химический состав и обладающих четко определенными физико-механическими свойствами.

Из важнейших преимуществ нихромовых сплавов можно выделить: высокую жаростойкость (до 1250 °C) и повышенное удельное сопротивление (1,05—1,4 Ом•мм²/м).

Сплавы нихрома обычно получают методом смешивания ингредиентов в расплавленном состоянии и последующего охлаждения. В том случае, когда расплавленные компоненты не взаиморастворимы, применяется способ их смешивания в порошкообразном состоянии и последующего спекания.

Высокое удельное сопротивление нихромов (r = 1,08-1,13 мкОм•м) в сочетании с небольшим значением температурного коэффициента электрического сопротивления — 1,3•10^-4 [1/°C], а также повышенная стойкость к коррозии и возможность работать в различных температурных интервалах – все это вместе взятое позволяет использовать нихром для создания широкого спектра изделий, которые могут работать в различных средах, вплоть до применения в газотурбинной авиации. За счет повышенной пластичности нихрома этот материал применяют также для сварочных и штамповочных работ.

Благодаря высокой жаропрочности и хорошим показателям пластичности, возможности придания соответствующей формы, нихром часто применяется для создания различных нагревательных элементов, которые входят в состав специальных высокотемпературных муфельных электропечей. Высокое же электрическое сопротивление и возможность использования в условиях высоких температур позволяет применять нихром для изготовления различных резисторных элементов, в качестве подслоя и покрытия при газотермическом напылении.

Сплавы на основе никеля и хрома

Выделяются следующие разновидности сплавов при создании проволоки: „нихром“ — Х20Н80, Х20Н80-ВИ, Х20Н80-Н; „ферронихром“ — Х15Н60, Х16Н60-Н; „фехраль“ или „феррохромаль“ марок Х23Ю5Т, Х27Ю5Т, Х23Ю5.

Сплав нихром X20H80 представляет собой соединение, которое состоит из таких элементов, как Cr (19-21%); Ni(73-78%); Mn (0,7%); Si (1%). Очень часто, данный сплав легируют различными редкоземельными элементами для того, чтобы получить высокую продолжительность работы. Сплав данной марки приобрел широкую популярность среди самых различных категорий потребителей.

X20H80 обладает исключительной пластичностью по сравнению с другими аналогичными материалами, которые по большей части содержат в своей основе большое количество железа. Использование железа далеко не лучшая альтернатива нихромовым сплавам. На таких материалах может образовываться поверхностный окисел, что значительно снижает срок эксплуатации, помимо этого, данные элементы обладают значительно большей ломкостью по сравнению со спиралями из нихрома. Именно поэтому, нихром может быть успешно использован при изготовлении нагревателей электротермического оборудования повышенной надежности (ГОСТ 10994-74).

Нихром X15H60 – это сплав, содержащий 15 процентов хрома, 60 процентов никеля. Остальные элементы сплава – это железо и различные легирующие добавки. Данный элемент является аналогом X20H80 и имеет более низкую себестоимость. Благодаря повышенному содержанию железа, сплав менее коррозиеустойчив, а также обладает меньшей пластичностью и повышенной ломкостью. Все это ограничивает сферу применения сплавов этой марки. В то же время, нельзя не отметить такую важную характеристику данного сплава, как высокий уровень нагрева, меньшее удельное сопротивление и более высокая экономичность.

Х15Н60-Н и Х15Н60-ВИ – содержат 55 – 61% никеля и 15-18% хрома. В качестве легирующих добавок используются алюминий (0.15%), титан (0.05%), кремний (0.4 – 1%), а также фосфор, сера, марганец и углерод. Основное отличие X15H60-Н от Х15Н60-ВИ – использование, соответственно, легирующей добавки циркония либо церия.

X20H80-Н и Х20Н80-ВИ – это прецизионные сплавы с высоким химическим соединением, который применяется для непрецизионных резисторов, нагревателей с температурой до 1200°C, соединителей в электронной технике, деталей внутривакуумных приборов, а также для промышленных электропечей и нагревательных устройств.

X15H60-Н также известный, как „ферронихром“ – сплав, содержащий 15 процентов хрома и 60 процентов никеля. Такой сплав способен работать при достаточно высокой температуре (до 1125°C), что позволяет применять его в электротермическом оборудовании с высокой надежностью и точностью работы. В то же самое время X15H60-Н имеет значительно более низкую себестоимость по сравнению со сплавом X20H80.

Основная продукция (заготовки), сфера применения

Основной сортамент заготовок из нихрома – это нить, проволока, лента и полоса.

Проволока и лента являются очень востребованными изделиями для электротехнических работ. Полоса и нить из нихрома имеют высокую пластичность и применяются в приборостроении, автоматике и других областях техники.

Нихромовая проволока и нихромовая лента применяются в основном в качестве химически стойкого и жаропрочного сплава при создании различных нагревательных и резисторных элементов.

Проволока представляет собой изделие, имеющее круглое поперечное сечение. Диаметры нихромовой проволоки лежат в интервале от 0,01 до 12 мм. Мелкие размеры, от 0,01 до 0,1 мм часто называются микронными. Как правило, проволоки изготавливаются и транспортируются намотанными на катушки или свернутыми в бухты. Проволока изготавливается с применением прокатки, прессования или волочения в точном соответствии с требованиями ГОСТ 25501-82 „Заготовки и полуфабрикаты из цветных металлов и сплавов. Термины и определения“.

Лента представляет собой изделие, имеющее толщину примерно от 0,1 мм до 4 мм. Более тонкие ленты — фольга. Поставляется в рулонах. Изготавливается лента/полоса с применением прокатки или специальным электролитическим способом с точным соблюдением требований ГОСТ 25501-82.

Полоса представляет собой изделие, которое имеет прямоугольное сечение. Конечная длина 2-3 м или более. Толщина изделия может составлять от 0,1 мм. Изготавливают полосу, используя метод прокатки или разрезки листов по ГОСТ 25501-82.

Нихромовая лента и нихромовая проволока успешно применяется в настоящее время в запайщиках пакетов и в качестве нагревательного и режущего элемента в термоножах, при производстве промышленных и бытовых электроприборов, в частности бытовых водо- и воздухонагревательных систем.
Благодаря высокой пластичности нихром можно успешно использовать при „холодных“ методах обработки.

Стоимость нихрома высока, и это, пожалуй, единственный его существенный недостаток. Однако, учитывая обилие полезных свойств, затраты на изготовление и приобретение изделий из нихрома окупаются сторицей. При производстве нихрома применяются самые последние достижения науки, которые значительно улучшают технико – эксплуатационные свойства проволоки, ее прочности и надежности.

16.07.2012