1.2. Материалы для изготовления нагревателей
Наиболее подходящими и самыми используемыми в производстве нагревателей для электропечей являются прецизионные сплавы с высоким электрическим сопротивлением. К ним относятся сплавы на основе хрома и никеля (хромоникелевые), железа, хрома и алюминия (железохромоалюминиевые). Марки и свойства данных сплавов рассмотрены в ГОСТ 10994-74 “Сплавы прецизионные. Марки” и в ГОСТ 12766.1-90 “Проволока из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия”.
Представителями хромоникелевых сплавов является нихром марок Х20Н80, Х20Н80-Н (950-1200°С), Х15Н60, Х15Н60-Н (900-1125°С), железохромоалюминиевых – фехраль марок Х23Ю5Т (950-1400 °С), Х27Ю5Т (950-1350°С), Х23Ю5 (950- 1200°С), Х15Ю5 (750-1000 °С). Также существуют железо- хромоникелевые сплавы - Х15Н60Ю3, Х27Н70ЮЗ.
Перечисленные выше сплавы обладают хорошими свойствами жаропрочности и жаростойкости, поэтому они могут работать при высоких температурах. Хорошую жаростойкость обеспечивает защитная пленка из окиси хрома, которая образуется на поверхности материала.
Температура плавления пленки выше температуры плавления непосредственно сплава, она не растрескивается при нагреве и охлаждении. Приведем сравнительную характеристику нихрома и фехрали.
[ НИХРОМ ]
Достоинства нихрома:
+ хорошие механические свойства как при низких, так и при высоких температурах;
+ сплав крипоустойчив (1);
+ имеет хорошие технологические свойства – пластичность и свариваемость;
+ хорошо обрабатывается;
+ не стареет, немагнитен.
Недостатки нихрома:
- высокая стоимость никеля - одного из основных компонентов сплава;
- более низкие рабочие температуры по сравнению с фехралью.
---------------------
1 Крипоустойчивость материала характеризуется его пределом ползучести, представляющим, собой напряжение, соответствующее при данной температуре определенному удлинению материала в условленное заданное время.
----------------------
[ ФЕХРАЛЬ ]
Достоинства фехрали:
+ более дешевый сплав по сравнению с нихромом, т.к. не содержит никель;
+ обладает лучшей по сравнению с нихромом жаростойкостью, напрмер, фехраль Х23Ю5Т может работать при температуре до 1400 °С (1400 °С - максимальная рабочая температура для нагревателя из проволоки Ø 6,0 мм и более; Ø 3,0 - 1350 °С; Ø 1,0 - 1225 °С; Ø 0,2 - 950 °С).
Недостатки фехрали:
- хрупкий и непрочный сплав, данные негативные свойства особенно сильно проявляются при температуре большей 1000 °С;
- т.к. фехраль имеет в своем составе железо, то данный сплав является магнитным и может ржаветь во влажной атмосфере при нормальной температуре;
- имеет низкое сопротивление ползучести;
- взаимодействует с шамотной футеровкой и окислами железа;
- во время эксплуатации нагреватели из фехрали существенно удлиняются.
Также сравнение сплавов фехраль и нихром производится на странице Х20Н80 - описание.
В последнее время разработаны сплавы типа Х15Н60Ю3 и Х27Н70ЮЗ, т.е. с добавлением 3% алюминия, что значительно улучшило жаростойкость сплавов, а наличие никеля практически исключило имеющиеся у железохромоалюминиевых сплавов недостатки. Сплавы Х15Н60ЮЗ, Х27Н60ЮЗ не взаимодействуют с шамотом и окислами железа, достаточно хорошо обрабатываются, механически прочны, нехрупки. Максимальная рабочая температура сплава Х15Н60ЮЗ составляет 1200 °С.
Помимо перечисленных выше сплавов на основе никеля, хрома, железа, алюминия для изготовления нагревателей применяют и другие материалы: тугоплавкие металлы, а также неметаллы.
Среди неметаллов для изготовления нагревателей используют карборунд, дисилицид молибдена, уголь, графит. Нагреватели из карборунда и дисилицида молибдена используют в высокотемпературных печах. В печах с защитной атмосферой применяют угольные и графитовые нагреватели.
Среди тугоплавких материалов в качестве нагревателей могут использоваться вольфрам, молибден, тантал и ниобий. В высокотемпературных вакуумных печах и печах с защитной атмосферой применяются нагреватели из молибдена и вольфрама.
Молибденовые нагреватели могут работать до температуры 1700 °С в вакууме и до 2200 °С – в защитной атмосфере. Такая разница температур обусловлена испарением молибдена при температурах выше 1700 °С в вакууме. Вольфрамовые нагреватели могут работать в защитной среде до 3000 °С. В особых случаях применяют нагреватели из тантала и ниобия.
