Марки нихромовой проволоки. Свойства нихромовой проволоки и ее применение. Новый тип жаростойкого металла

Нихром представляет собой группу сплавов, состоящего из процентного соотношения никеля, в размере от 55 до 78 процентов, хрома, в размере от 15 до 23 процентов и различных добавок, таких как кремний, алюминий, марганец и железо. Основным предназначением данного элемента является создание нагревательных элементов и резисторов.

Впервые сплав из нихрома был разработан в 1905 году в Соединенных штатах Америки А.Маршем.

Таблица удельного веса нихрома

Так как, нихром является сложным материалом, рассчитать его удельный вес в полевых условиях самостоятельно не представляется возможным. Эти вычисления проводят в специальных химических лабораториях. Однако, при этом средний удельный вес нихрома известен и составляет диапазон от 8,1 до 8.4 г/см3.

Для упрощения подсчетов ниже представлена таблица с значениями удельного веса нихрома, а также такого показателя, как вес нихрома в зависимости от единиц исчисления.

Свойства нихрома

Благодаря своим отличительным свойствам, таким как высокая стойкость к коррозии, большая пластичность, высокое удельное сопротивление и приемлемой оптимальной рабочей температуре, его часто используют в производстве нагревательных элементов.

Нихром, в зависимости от марки, имеет удельное сопротивление электричеству от 1,05 до 1,4 Ом*мм2/м, обладает плотностью от 8200 до 8500 кг/м3. Температура плавления нихрома составляет диапазон от 1100 до 1400 градусов Цельсия. Оптимальный диапазон рабочих температур - от 1100 до 1400 градусов Цельсия. Удельная теплоемкость при 25 градусов Цельсия составляет 450 Дж/(кг*К). Предел прочности при процессе растяжения от 0,65 до 0,70 ГПа.

Данный вид материалов обладает отличной жаростойкостью, пластичностью, крипоустойчивостью и отлично держит форму.

Преимущества нихрома

Нихром является дорогостоящей группой сплавов. В поисках экономии его часто заменяют аналогом - фехралем. Однако, последний не всегда в полной мере способен заменить нихром, поэтому их применение часто зависит от направления работ.

Нихром обладает такими преимуществами:

Несмотря на то что этот материала дорогой, его надежность и долговечность еще долгое время будет обеспечивать высокую потребность в этом виде сплавов.

Применение нихрома

Применение нихрома обширно, особенно в сферах, где надежность и долговечность цениться больше всего. Из основных направлений стоит выделить:

Нихром широко используется в производстве электронагревательных печей, во всех отраслях производства, в основном в печах обжига и сушки. Для проволочных нагревателей используется в основном – нихромовая проволока, а для ленточных нагревателей – нихромовая лента. Для металлургической и химической просмышленности из нихрома изготавливают детали, которые могут долгосрочно работать в агрессивных средах при высоких температурвах. Нихром широко применяется в автомобилестроении и электротехнической промышленности. Во всех приборах, которые обеспечивают комфортную жизнедеятельность человечества, присутствуют элементы нихрома.

Это и радиоаппаратура и всевозможные приборы, кондиционеры, прикуриватели в автомобиле, водонагревательные приборы. Наука пришла к выводу, что дальнейший научно – технический прогресс зависит от тех или иных возможностей сплавов нихрома.

Проволока их нихрома применяется еще и как режущий элемент, так как долгое время сохраняет идеальную форму, и отличается высочайшей прочностью. Нет смысла определять границы областей применения нихрома, намного правильнее и проще сказать, что нихром применяется везде, где длительное время поддерживается высокая температура.

Инструменты:

Нихром,Фехраль

Сплавы нихром Х20Н80 и Х15Н60 относятся к сплавам с высоким электрическим сопротивлением. Х20Н80 и Х15Н60 получили широкое распространение и применяются для изготовления электронагревательных элементов, длительно работающих на воздухе при температурах 1000-1300 °С, проволочных и ленточных резисторов, элементов реостатов.Нихром является жаростойким сплавом, имеет малый температурный коэффициент электросопротивления, высокое электрическое сопротивление и высокое сопротивление коррозии под воздействием воздуха или иных газообразных сред при высокой температуре. Оксидная пленка имеет большую плотность. Эти два фактора обеспечивают высокую жаростойкость нихрома Х20Н80 и Х15Н60.

Сплав фехраль Х23Ю5Т также относится к сплавам с высоким электрическим сопротивлением и для него также характерны вышеперечисленные свойства и применение. Но фехраль - железохромоалюминиевый сплав, нихром - хромоникелевый.
Х20Н80 и Х15Н60 сочетают высокую жаростойкость с хорошей технологичностью (могут быть изготовлены лента, полоса и тонкая нихромовая проволока). Эти сплавы более жаропрочны, чем ферхраль, но в отличие от последней содержат дефицитный и дорогостоящий никель. Фехраль дешевле нихрома и отличаются повышенной жаростойкостью, однако она более твердая и хрупкая, чем нихром, а следовательно, и менее технологична (не могут быть изготовлены лента и тонкая фехралевая проволока).

Среди различной продукции наибольшее распространение получили нихромовая проволока, лента, нихромовая полоса Х20Н80 и Х15Н60 и фехраль проволока Х23Ю5Т.
Проволока - полуфабрикат с поперечным сечением постоянных размеров, свернутый в бухту или намотанный на катушку, изготовляемый прокаткой, прессованием или волочением (по ГОСТ 25501-82).
Лента - полуфабрикат прямоугольного сечения толщиной свыше 0,1 мм в рулонах, изготовляемый прокаткой или электролитическим способом (по ГОСТ 25501-82).
Полоса - плоский полуфабрикат прямоугольного сечения с отношением длины к ширине не менее 5, толщиной свыше 0,1 мм, изготовляемый прокаткой или разрезкой листов и лент (по ГОСТ 25501-82).

Сплав Х20Н80

Нихром Х20Н80 - сплав нихрома следующего состава: Ni (73-78 %); Cr (19-21 %); Si (1 %); Mn (0,7 %); остальное Fe. Иногда сплав легируют редкоземельными металлами для достижения более высокой продолжительности работы.

Нихром Х20Н80, особенно проволока являются самым ликвидным сортаментом нихрома. Нихромовая лента и полоса остаются менее продаваемыми, по сравнению с проволокой, но более востребованы нежели прутки и листы. Принято считать, что в марке Х20Н80 около 20 % хрома и 80 % никеля, но это не совсем соответствует ГОСТ, допускающим микролегирование прецизионных сплавов для улучшения их потребительских характеристик.

Название такого материала как нихром создано из двух его основных компонентов - никеля и хрома. В нем существует еще много других добавок - железо, титан, фосфор, марганец, углерод.

Высокая электросопротивляемость и большая температура плавления - до 1200 градусов, позволяют применять его в производстве высокотемпературных элементов нагревания, которые отлично даже на предельных нагрузках.

Нихром существует в нескольких основных видах. Сплав Н - для элементов нагрева, С - для узлов сопротивления, сплав ТЭН - для различных трубчатых электронагревателей.

Пластичность сплава никеля с хромом настолько высока, что позволяет изготавливать из него какие угодно изделия, характеризующиеся высокой прочностью. Его можно штамповать, точить, варить и т. п.

Нихром - свойства, применение и особенности

Нихро́м - общее название группы сплавов, состоящих, в зависимости от марки сплава, из 55-78 % никеля, 15-23 % хрома, с добавками марганца, кремния, железа, алюминия.

Первый нихромовый сплав разработан в США в 1905 году А. Маршем из Driver-Harris Company.

Физические свойства

удельное электрическое сопротивление - 1,05÷1,3 Ом·мм²/м (в зависимости от марки сплава)
плотность - 8200-8500 кг/м³
температура плавления - 1100-1400 °C
рабочая температура - 800-1100 °C
удельная теплоемкость - 0,45 кДж/(кг·К) при 25 °C
предел прочности при растяжении - 0,65-0,70 ГПа

Применение

Нихром обладает высокой жаростойкостью в окислительной атмосфере (до 1250 °C), высоким удельным электрическим сопротивлением (1,05-1,4 Ом·мм²/м), имеет минимальный температурный коэффициент электрического сопротивления. Он имеет повышенную жаропрочность, крипоустойчивость, пластичность, хорошо держит форму. Нихром - дорогостоящий сплав, но, учитывая его долговечность и надёжность, цена не представляется чрезмерной.

Нихром широко используется:

для изготовления нагревательных элементов в высокотемпературных электропечах, печах обжига и сушки, различных электрических аппаратах теплового действия;
в качестве жаропрочного (жаростойкого) сплава и химически стойкого сплава в определенных агрессивных средах;
в деталях, работающих при высокой температуре, резисторных элементах, реостатах;
в качестве подслоя и жаростойкого покрытия при газотермическом напылении.

Высокая пластичность нихрома позволяет подвергать его сварке, точению, волочению, штамповке и другим видам механической обработки.

Проволока из нихрома

От того, сколько содержится хрома в сплаве, зависит его окисляемость и тугоплавкость. Чем его содержание выше – тем больше в защитной пленке данного сплава содержится Сr2О3, что, в свою очередь, обуславливает более высокую тугоплавкость и большую способность противостоять окислению. Но увеличение содержания хрома приводит еще и к тому, что ухудшается обрабатываемость материала и, при достижении 30-ти процентов содержания хрома, такие операции, как волочение и холодная прокатка, становятся уже невозможными. В связи с чем содержание хрома в сплавах, как правило, ограничивают 20-ю процентами.

При добавлении железа в сплав улучшается его обрабатываемость и увеличивается его удельное сопротивление, но ухудшаются такие его характеристики, как температурный коэффициент сопротивления и жаростойкость. Если же рабочая температура не превышает 1000°С допускается использование тройного сплава благодаря тому, что он не такой дорогой и в нем содержится меньше дефицитного никеля.

Железо богатый нихром (термин заграничный, там этот сплав очень широко применяется, у нас – это сплав Х25Н20) более дешевый, для изготовления требует меньше никеля, но, при этом, характеризуется высокими механическими свойствами. Минус его – низкая жаростойкость, поэтому применяется в печах с температурой не выше 900 °С. Нихромы – это немагнитные сплавы, выпускающиеся в виде проволоки и ленты.

Нихром ведет свою историю с 1906 г., когда он и был предложен Маршем. Сейчас его выпуск производится многими заграничными фирмами, и он имеет различные названия. Нихром выпускают в виде двойных и тройных сплавов. Есть марки, в которые добавлен молибден. Двойной сплав у нас в стране (Х20Н80) содержит хрома 20-23% и никеля 75-78%. Так же выпускается сплав под маркой Х20Н80Т, содержащий титан, но из-за меньшей жаростойкости применение его ограничено. Тройные сплавы (Х15Н60) содержат: хром (15-18%), никель (55-61%). Благодаря дороговизне и дефициту нихрома ведутся интенсивные поиски более дешевых и доступных сплавов, которые могут полноценно его заменить в тех или иных условиях.

Основной материал для изготовления нагревательных элементов для электрических печей. Нихром специально разработан для этой цели и поэтому в максимальной степени удовлетворяет всем .

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 Сr 2 О 3 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 , 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 Сr 2 О 3 , 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. 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 некоторые марки добавляется молибден. У нас в стране 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.

Основные технические характеристики нихромов:

Тройной нихром Х15Н60 - (ЭХН60) : Сr - 13 - 18 , Ni - 55 - 61. Плотность при 0 о С - 8200 кг/м 3 . Удельное электрическое сопротивление ρ, 10 -6 ом х м - 1,11 (20 о С), 1,18 (400 о С), 1,2 (600 о С), 1,21 (800 о С), 1,23 (1000 о С). Удельная теплоемкость - 0,461 х 10 3 Дж/(кг х о С). Коэффициент теплопроводности - 16 Вт/(м х о С). Максимальная рабочая температура о С нихрома в зависимости от диаметра проволоки в мм - 900 (0,2), 950 (0,4), 1000 (1,0), 1075 (3,0), 1125 (6,0 и более).

Двойной нихром Х20Н80 - (ЭХН80) : Сr - 20 - 23, Ni - 75 - 78. Плотность при 0 о С - 8400 кг/м 3 . Удельное электрическое сопротивление ρ, 10 -6 ом х м - 1,09 (20 о С), 1,13 (600 о С), 1,11 (800 о С), 1,12 (1000 о С). Удельная теплоемкость - 0,44 х 10 3 Дж/(кг х о С). Коэффициент теплопроводности - 14,2 Вт/(м х о С). Максимальная рабочая температура о С нихрома в зависимости от диаметра проволоки в мм - 950 (0,2), 1000 (0,4), 1100 (1,0), 1150 (3,0), 1200 (6,0 и более).

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% .

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.

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.

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/м 3 и повышается с увеличением содержания в сплаве никеля. 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).

Теплопроводность нихрома имеет величину, близкую по значению с . 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.

Источники:

1. ГОСТ 10994-74 Сплавы прецизионные. Марки.
2. ГОСТ 12766.1-90 Проволока из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.
3. ГОСТ 12766.3-90 Сплавы калиброванные прецизионные с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.
4. Сайт www.kanthal.com

Нихром — это общее название для сплавов, двумя основными компонентами которых являются хром и никель. Первоначальный вариант сплава содержал в себе 20% хрома и 80% никеля. В настоящее время существует 10 вариантов этого сплава, в каждом из которых разное соотношение дополнительных примесей — алюминия, титана, кремния, молибдена, железа или марганца.

Свойства нихрома напрямую зависят от пропорций основных и дополнительных металлов в сплаве. Самое распространённое изделие из нихрома это проволока, которая широко используется в современной промышленности.

Проволока из нихрома: описание и основные характеристики

Нихромовая проволока представляет собой металлический шнур, который производят разной длинны, толщины (от доли миллиметра до нескольких сантиметров) и сечения: круглого, овального, квадратного или трапециевидного.

Самый распространённый вид сечения — это круглый, так как такая проволока имеет максимальное соотношение площади сечения к своему периметру. Вес изделия напрямую зависит от состава его сплава и диаметра самой .

Нихром имеет редкое сочетание свойств, делающих его просто исключительным сплавом, единственный аналог которого, фехраль, сильно уступает ему по всем показателям.

Жаропрочность данного материала может достигать до 1400 градусов Цельсия (двухкомпонентный сплав). Предельно допустимая температура воздействия зависит от состава сплава. Также данная проволока не изменяет своей формы под воздействием нагрева и не провисает.

Проволока из нихрома обладает высоким сопротивлением электрическому току, а значит этого металла потребуется значительно меньше, чем аналогичного без потери в количестве выделяемого тепла. Следовательно приборы, в которых используется нихромовая проволока, будут иметь меньшие габариты и вес.

Двухкомпонентный сплав не имеет магнитных свойств. Они возникают только при добавлении железа, но имеют очень слабые показатели.

Нихром не подвержен коррозии, устойчив к воздействию агрессивной среды, за счёт чего имеет почти неограниченный срок службы. Проволока из нихрома обладает хорошей пластичностью и отлично формуется, при этом имея высокие показатели прочности и твёрдости, не боится механического воздействия.

Состав сплава металла варьирует показатели этих характеристик. На фото представлены основные варианты намотки нихромовой проволоки.

Использование нихромовой проволоки

Применение нихромовой проволоки очень обширно, что обусловлено её многофункциональностью. В промышленности она используется для создания лабораторного оборудования, узлов сопротивления, резисторов, реостатов, различных нагревательных приборов, электрических печей и печей для обжига и сушки, в сварочных аппаратах. Проволоку с сечением в несколько сантиметров можно применять для изготовления автоматической сварки и даже канатов.

Элементы из нихромовой проволоки есть и во многих бытовых предметах — тостерах, фенах, в системах обогрева стекол и зеркал заднего вида в автомобилях, бытовых обогревателях, вейпах и даже стельках для обуви.

Очень часто данную проволоку используют и для самодельного оборудования — резаков и электролобзиков (по дереву и пенопласту), паяльников и приспособлений для выжигания по дереву, домашних кузнях.

Выбор нихромовой проволоки

Как же выбрать проволоку, необходимую именно для выших нужд? Для разных целей используются ищделия с разным составом сплава, диаметром и сечением, поэтому здесь в первую очередь необходимо ориентироваться на маркировку проволоки.

Маркировка Н указывает на то, что данная проволока используется при изготовлении нагревательных элементов, не превышающих в диаметре 0,2 мм.

Маркировка С указывает на то, что данное изделие подходит для производства элементов сопротивления различных механизмов.

Маркировка ТЭН указывает на применимость данной продукции для производства электронагревателей трубчатого типа.

Также маркировка указывает на рабочие температуры, которые являются максимальными для конкретного сплава и его удельное сопротивление.

Рабочие температуры/Удельное сопротивление:

Х20Н80 до 1200 градусов Цельсия — Х20Н80 — 1.12 Ом*мм/м
Х15Н60 до 1125 градусов Цельсия — Х15Н60 — 1.13 Ом*мм/м
ХН20ЮС до 1100 градусов Цельсия — ХН20ЮС — 1.02 Ом*мм/м
ХН70Ю до 1200 градусов Цельсия — ХН70Ю — 1.30 Ом*мм/м

Выше по тексту указаны показатели для проволоки толщиной более 3-х мм. Чем больше диаметр проволоки, тем больше значение этих показателей.

Обязательно нужно обратить внимание на наличие у производителя технических документов, на основании которых была изготовлена данная проволока – ГОСТ или ТУ. Только эти документы могут гарантировать, что вы приобретаете качественный продукт, характеристики которого будут не ниже заявленных производителем.

Фото нихромовой проволоки