Состав и свойства сплавов

Константан – сплав меди, никеля и марганца. Содержание примесей, как и в манганине, – не более 0,9 %. Константан имеет высокие механические свойства и хорошо поддается пластическому деформированию. Его протягивают в проволоку и прокатывают в ленту тех же размеров, что и манганин. Нагревостойкость выше, чем у манганина, и его используют в реостатах и нагревательных элементах при температуре до 450 – 500°С (см. табл. 8).

При быстром нагреве константановой проволоки на воздухе до 900°С на ее поверхности образуется тонкая пленка окисла, обладающая электроизоляционными свойствами. Такую проволоку можно наматывать плотно (виток к витку) без дополнительной изоляции, если напряжение между витками не превышает 1 В. В паре константана с медью и железом возникает высокая термоЭДС (40 – 50 мкВ/К), что затрудняет использование константановых резисторов в точных измерительных схемах. Однако это свойство используют для изготовления медно-константановых и железо-константановых термопар.

К этой же группе относится сплав меди, никеля и марганца, называемый копелем (см. табл. 8).

Нагревостойкие сплавы – сплавы на основе железа, никеля, хрома, алюминия, называемые нихромы, ферронихромы, фехрали и т. п., используются для изготовления нагревательных элементов. Высокая нагревостойкость названных сплавов обусловлена образованием на их поверхности сплошной тонкой окисной пленки.

Сплавы «твердые растворы» обладают высоким электросопротивлением и являются нагревостойкими сплавами для нагревательных элементов. Электросопротивление твердых растворов повышается и достигает максимума при определенном соотношении компонентов. Структура твердого раствора обеспечивает высокую способность к пластической деформации. Из этих сплавов можно получать тонкие листы и проволоку. Кроме высокого электросопротивления твердые растворы должны обладать окалиностойкостью и достаточной прочностью для сохранения формы нагревателей в процессе работы.

Сплавы системы «железо – никель – хром» (нихромы) содержат 55 – 80 % никеля, 15 – 25 % хрома, до 1,5 % марганца и остальное – железо. Марка этих сплавов: Х20Н80 (никеля – порядка 80 %), для удешевления нихрома часть никеля заменяют железом. Данные сплавы называют ферронихромами – Х15Н60. Удельное сопротивление этих сплавов – 1,0 – 1,2 мкОм∙м и рабочая температура – 1000 – 1100°С. Ферронихром ХН20ЮС (20 % никеля) имеет максимальную рабочую температуру 875°С и может быть заменителем ферронихрома Х15Н60.

Фехрали и хромали – жаростойкие сплавы системы «железо – хром – алюминий», содержащие 12 – 15 % хрома, 3,5 – 5,5 % алюминия, 0,7 % марганца, 0,5 % никеля и остальное – железо. Их удельное сопротивление – 1,2 – 1,4 мкОм∙м. Эти сплавы более твердые и хрупкие, чем нихромы, и значительно дешевле их. Сплав Х13Ю4 – фехраль – имеет максимальную рабочую температуру 900°С, электросопротивление – 1,24 – 1,34 мкОм∙м. Сплавы 0Х23Ю5 и 0Х27Ю5 – хромали – имеют рабочую температуру до 1200°С. Чем выше содержание в сплавах хрома и алюминия, тем выше окалиностойкость и рабочая температура нагревательного элемента. Количество углерода в этих сплавах строго ограничено (0,06 – 0,12 %).