Что такое нихромовая проволока

Среди прецизионных сплавов, подверженных большим перепадам температур, особое место занимает нихром. Благодаря высокой термостойкости, его применение в большей степени оправдывает себя при изготовлении нагревательных устройств и ключевых узлов печного оборудования. Рабочим материалом в данном случае выступает нихромовая проволока определенной марки. Каждая из них отличается процентным соотношением различных легирующих добавок, что позволяет на основе проектных эксплуатационных показателей сделать выбор в пользу того или иного образца, в зависимости от его основных качественных характеристик, главная из которых — сопротивление нихромовой проволоки.

Характеристики нихромовой проволоки

Представленный сплав отличается наличием двух основных компонентов – никеля и хрома. В качестве присадочных элементов в состав нихрома могут также входить кремний, алюминий, марганец, железо, титан, цирконий. Количественное соотношение данных лигатур позволяет судить об определённом типе нихрома.

В настоящее время налажено производство двух марок проволок на основе сплавов: Х20Н80 и Х15Н60. Х20Н80 содержит порядка 70-75 % никеля, 20-25% хрома и 0,8-1% железа. Он обладает следующими свойствами:

  • рабочая температура – 1250-1300 0 С;
  • удельное сопротивление для проволоки диаметром свыше 3 мм. — 13 Ом*мм/м;
  • плотность – 8,5 г/см 3 ;
  • удельная теплоемкость – 0,44 кДж/кг·К.

Незначительное содержание железа в данном сплаве говорит о его низких магнитных свойствах. Это положительно сказывается на его коррозионной устойчивости и износостойкости.

Х15Н60 также характеризуется преобладанием никеля – 60-65% и хрома – 15-18%. Представленный сплав заметно уступает своему аналогу по основным техническим показателям.

  • рабочая температура – 1000-1100 0 С;
  • удельное сопротивление для проволоки диаметром свыше 3 мм. — 12 Ом*мм/м;
  • плотность – 8,0-8,5 г/см 3 ;
  • удельная теплоемкость – 0,46 кДж/кг·К.

Благодаря большему содержанию железа, концентрация которого может достигать 3%, данный вид нихрома наделён магнитной восприимчивостью, что не позволяет говорить о высокой коррозионной стойкости сплава. Тем не менее, благодаря низкой плотности нихромовой проволоки, выполненной из данного сплава, становится возможным производить образцы с меньшим сечением, отличающиеся большей пластичностью.

Ферронихром отличается высокой механической прочностью и не уступает более легированным сплавам по жаропрочности при эксплуатации в условиях агрессивных сред.

Читайте: как выбрать и установить напольный радиатор отопления.

Рекомендуем ознакомиться с нюансами монтажа кабельного теплого пола своими руками.

Сферы применения нихромовой проволоки

Специфические свойства нихрома нашли своё применение в различных сферах деятельности, как бытового, так и промышленного характера.

Всевозможные разновидности этого сплава используются в качестве нагревательных элементов различных приборов: электрических печей, сушилок, термопар, а также в керамических изделиях, исполняя роль несущего каркаса.

Нихромовая проволока, как основной исполнительный орган электронагревательных приборов, в большинстве случаев представляет собой спираль, через которую пропускают электрический ток заданного значения. Такая форма признана наиболее оптимальной для данных устройств, так как позволяет добиться большей теплоотдачи за счет увеличения длины токопроводящего элемента. Высокая степень пластичности представленного материала существенно увеличивает срок службы таких устройств, ввиду высокой устойчивости к деформациям.

Этот жаропрочный сплав также нашел своё применение в различных измерительных приборах, которые предполагают использование термических элементов проволочного типа. К ним относятся: реостаты, резисторы, тиристоры.

Где же взять нихромовую проволоку в домашних условиях? Этот сплав повсеместно используется в различных бытовых приборах. Их примерами могут служить электрообогреватели, фены, паяльники, тостеры и духовки. Кроме этого, их применяют в электронных сигаретах.

Читайте также:  Прибор для резки дерева

Нихромовая проволока: критерии выбора

Реализация проекта по созданию различных видов электротермического оборудования предполагает тщательный анализ номинальных эксплуатационных параметров, который и послужит отправной точкой в расчете ключевых показателей нихромовой проволоки.

В первую очередь необходимо рассчитать электрическое сопротивление рабочего элемента. Оно зависит от трех физических величин, а именно: удельное сопротивления материала, его длина и площадь поперечного сечения. Формула расчета активного сопротивления выглядит следующим образом: R = ρ · l / S.

Для получения недостающих данных необходимо произвести расчет длины спирали. В зависимости от приложенного на неё напряжения, следует остановиться на наиболее оптимальном значении длины проволоки, её диаметра, а также размера сердечника. Для того чтобы избавить себя от трудоёмких расчетов, можно воспользоваться сводной таблицей, в которой приводятся значения длины спирали, в зависимости от диаметра проволоки и сердечника для нихрома диаметром от 0,2 до 0,5 мм.

D 0,2 мм D 0,3 мм D 0,4 мм D 0,5 мм
D сердечника,

(мм)

Длина спирали

(см)

D сердечника,

(мм)

Длина спирали

(см)

D сердечника,

(мм)

Длина спирали

(см)

D сердечника,

(мм)

Длина спирали

(см)

1,5 49 1,5 59 1,5 77 2 64 2 30 2 43 2 68 3 46 3 21 3 30 3 40 4 36 4 1 4 22 4 28 5 30 5 13 5 18 5 24 6 26 6 20

Представленная таблица применима для расчета длины спирали при использовании напряжения 220 В. Например, для проволоки диаметром 0,4 мм и диаметром сердечника равным 3 мм, длина спирали для бытовой электросети составит 40 см. Стоит отметить, что при помощи данной таблицы не составит труда рассчитать искомое значение для напряжения 380 В. Для этого достаточно подобрать нужные данные и составить пропорцию следующего вида: 220 В – 40 см / 380 В – х.

В том случае, если под рукой не оказалось мерительного инструмента и определить диаметр проволоки не представляется возможным, всегда можно воспользоваться простым, но в то же время действенным способом. Для этого достаточно взять обыкновенный карандаш и намотать на него проволоку, плотно прижимая виток за витком. В том случае, если 10 витков спирали укладываются в 1 мм. длины карандаша, то диаметр проволоки будет составлять 110 мм.

Пайка нихрома

Как же качественно припаять нихромовую проволоку, ведь этот сплав очень тугоплавкий и не создаёт прочного соединения при использовании обычного флюса.

Данная процедура предполагает соблюдение определенной последовательности действий в работе со специальными паяльными материалами. В качестве припоя в данном случае используют оловянно-свинцовые материалы ПОС 61, ПОС 50. Отдельного внимания требует подготовка флюса. Его компонентный состав строго дозирован и готовится на основе таких компонентов: технический вазелин – 100 г., цинк хлористый (в форме порошка) – 7 г., глицерин – 5 г. Рабочую смесь флюса получают после тщательного перемешивания всех представленных компонентов.

Рекомендуем ознакомиться со способами крепления пенопласта к стене.

Читайте: как сделать кирпичный мангал на дачном участке своими руками.

Подготовка рабочей поверхности заключается в удалении загрязнений и окисных образований при помощи наждачной бумаги. Затем обработанный участок протирают ваткой, смоченной в спиртовом растворе хлористой меди, накладывают флюс и производят пайку.

Нередко возникают проблемы при лужении нихрома с медными выводами. Традиционный флюс на основе канифоли в данном случае будет неэффективен. На выручку придёт обыкновенная лимонная кислота. Для одного провода достаточно использовать 2-3 г. её порошка. Травление в таком случае не представляет никаких затруднений. Впоследствии, для удаления кислоты, провод кладут на канифоль и облуживают.

Как распознать нихром?

Так выглядит нихромовая нить.

Указанный сплав, как правило, не отличается обилием внешних признаков, позволяющих судить о той или иной его разновидности. В большинстве своём нихром – материал белого или слегка серебристого цвета. Использованные образцы будут отличаться темно-серым оттенком, что свидетельствует об образовании оксидной пленки.

Читайте также:  Выберите инструмент применяемый для разметки изделий

Так или иначе, такие условные признаки не могут служить явным доказательством, указывающим на подлинность данного сплава. Как же определить нихромовую проволоку по внешнему виду. Нихром имеет одно специфическое свойство при длительном использовании. В отличие от других термостойких материалов, на его поверхности, как правило, проступает характерная темно-зелёная пленка. Кроме того, о качестве сплава можно судить и по степени восстановления формы спирали после нагрева. Если образец принял первоначальное положение, что говорит о его высокой деформационной стойкости, то есть все основания полагать, что это – нихром.

Несмотря на то, что рабочая температура нагрева нихромовой проволоки составляет высокие значения, её качественные характеристики могут заметно снизиться, если не принимать во внимание режимы длительного и кратковременного использования, каждый из которых предписывает определенные параметры работы. Соблюдение данных требований поможет существенно увеличить срок службы нагревательных элементов и послужит гарантией высоких эксплуатационных показателей.

Нихром охватывает сплавы различных марок, созданные на базе никеля и хрома, с низким содержанием дополнительных легирующих примесей. Изобретение материала относится к началу прошлого века, родиной же продукта стала Северная Америка.

Новый тип жаростойкого металла

Базовым металлом сплава выступает никель, его содержание находится в интервале 55 – 78%. Второй, основополагающий элемент – хром, занимающий в материале от 15 до 23%. Наиболее распространенные следующие легирующие добавки: алюминий, железо, марганец и кремний.

Основные преимущества нихрома перед другими тугоплавкими металлами состоят в следующем:

  • высокая жаростойкость, механические свойства не меняются при высоких температурах;
  • пластичность, обеспечивает возможность изготовления проволоки, лент из сплава;
  • простота обработки, изделия хорошо штампуются, свариваются;
  • высокая стойкость к коррозии;
  • нихром не магнитится.

Сплав можно по праву назвать усовершенствованным вариантом хромоникелевой жароупорной стали. Поверхность нихрома покрыта пленкой из окиси хрома. Ее высокая адгезия и более высокая, чем у металла, температура плавления позволяют материалу отлично выдерживать перепады температур: регулярные нагревы и остывания.

Величина тугоплавкости сплава напрямую связана с защитной пленкой оксида, следовательно, растет при увеличении содержания хрома. Улучшение тугоплавкости оксидной пленки дополнительно способствует росту коррозионной стойкости материала. Предел содержания хрома в сплаве обусловлен снижением обрабатываемости материала: при достижении 30%, холодная прокатка нихрома становится невозможной.

Когда в ход идет железо

Отечественные стандарты различают две основные марки нихрома.

  • Х20Н80 – двойной. Состав сплава: 74% никеля, 23 – хрома, на уровне процента присутствуют железо, кремний и марганец.

Лента Х20Н80 нихром

  • Х15Н60 – тройной. Основу составляет все тот же сплав никеля с хромом 60 и 15%, соответственно. Третьим компонентом выступает железо, его содержание в продукте – 25%.

Идея насыщения нихрома железом связана с компромиссом: удешевить цену материала, сохранив его жаростойкость. Дополнительно, добавление железа повышает обрабатываемость сплава. Таким образом, вариация процентного вклада трех базовых элементов позволяет удержать рабочую температуру на уровне 1000 °С, сохранив при этом пластичность продукта и понизив его стоимость.

Один из наиболее дешевых вариантов нихрома Х25Н20 (железобогатый, согласно зарубежной терминологии), требует никеля не более 20%. При этом механические свойства сплава не ухудшается, однако рабочая температура ограничивается величиной 900 °С.

Область применения

Первоначальное предназначение нихрома акцентировалось на использование в изготовлении нагревательных элементов различного высокотемпературного оборудования. Высокая температура плавления, до 1400 °С, позволяет использовать нихромовые нагреватели внутри печей для обжига, сушильных аппаратах. Распространено производственное использование продукта как жаропрочного химически стойкого сплава в агрессивных средах.

Читайте также:  Относительная деформация сдвига определяется

На бытовом уровне нихром оказался идеальным материалом вначале для утюгов, а впоследствии, в пищевой промышленности. Тостеры, электрические плиты, прочее кухонное оборудование с нагревательными элементами из этого сплава отличаются отсутствием:

Как результат, в процессе приготовления пищи не чувствуется посторонних запахов, гари.

Пластичность материала, обеспечивающая возможность проката продукта, изготовления из него проволоки, расширяет область применения нихрома до резисторов, реостатов, прочих узлах сопротивления. Деформированные нихромовые нагревательные спирали также применяются в электронных сигаретах.

Нихромовая проволока для электронных сигарет

Единственный недостаток нихрома – его высокая стоимость, компенсируется отсутствием более дешевых заменителей этого жаростойкого сплава до настоящего времени.

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.

Содержание

Физические свойства [ править | править код ]

  • Удельное электрическое сопротивление — 1,05—1,4 Ом·мм 2 /м (в зависимости от марки сплава);
  • температурный коэффициент сопротивления — (0,1—0,25)·10 −3 К −1 ;
  • плотность — 8200—8500 кг/м³;
  • температура плавления — 1100—1400 °C;
  • рабочая температура — 800—1100 °C;
  • удельная теплоёмкость — 450 Дж/(кг·К) при 25 °C;
  • предел прочности при растяжении — 0,65—0,70 ГПа;
  • коэффициент теплопроводности — 11,3 Вт/(м·К);
  • коэффициент линейного теплового расширения — 14·10 −6 K −1 .

Применение [ править | править код ]

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, стило для выжигания;
  • 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.
  • в качестве нити испарителя электронных сигарет

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

Международные названия нихромов [ править | править код ]

Нихром Х20Н80 — Cr 20 %, Ni 80 %. Удельное сопротивление 1,13 Ом·мм²/м при 20 °C, 1,167 Ом·мм²/м при 1100 °C; максимальная рабочая температура 1200 °C, температура плавления 1400 °C [1] .

Аналоги: NiCr80/20, Ni80Cr20, Chromel A, N8, Nikrothal 8, Resistohm 80, Cronix 80, Nichrome V, HAI-NiCr 80, евронихром.

Нихром Х15Н60 (ферронихром) — Ni 60 %, Cr 15 %, Fe 25 %. Удельное сопротивление 1,12 Ом·мм²/м при 20 °C, 1,248 Ом·мм²/м при 1100 °C; максимальная рабочая температура 1125 °C, температура плавления 1390 °C [1] .

Аналоги: NiCr60/15, Ni60Cr15, Chromel C, N6, Nikrothal 6, Nikrothal 60, Cronifer II, Alloy C.

Сплав Х20Н80 [ править | править код ]

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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector