Нихром-проволока: характеристики и области применения

Современная техника ставит серьезные требования к показателям соответствия ее составных материалов реальным условиям работы. Одним из высокотехнологичных сплавов является нихром. Проволока и приборы, содержащие ее, отличаются стойкостью к агрессивным обстоятельствам функционирования.

История открытия

Сплав представляет собой соединение никеля с хромом, с вариациями добавления железа, марганца, алюминия, силиция.

Изначально имел два пути зарождения. Корни лежат в научных исследованиях относительно легирования металлов и модификации их свойств. Ni и Cr – составляющие высококачественных коррозионностойких и жаропрочных сталей.

Как двухкомпонентный сплав из никеля и хрома, он был открыт в 1906 году в США. Сегодня применяются его различные модификации, в том числе трехкомпонентные на основе железа.

Основные свойства

Материалом для современной нагревательной техники бытового и промышленного назначения является, несомненно, проволока нихром. Свойства ее соответствуют наивысшим технологическим требованиям.

1. Удельное электрическое сопротивление: в пределах 1100-1400 Ом*м.
2. Температура плавления – около 1400˚С, что позволяет функционировать при 800-1100˚С. Предельно допустимое значение для работы зависит от состава. Так, содержание железа снижает ее до 850-900˚С, для чистого двухкомпонентного она равна 1100˚С.
3. Плотность: 8000-8500 кг/м³.
4. Высокая прочность (σ_в=650-700 МПа); показатели сохраняются в условиях кислотной агрессивной среды и значительных температур.
5. Хорошая пластичность вместе с показательной твердостью позволяет производить прокатывание и волочение.

Отличительные характеристики

Среди наиболее востребованной электротехнической продукции на рынке – проволока нихром. Удельное сопротивление этого компонента электронагревательной техники исключительно высоко, что позволяет иметь широкий спрос.

Важной особенностью металла является стойкость его к высокотемпературному окислению в нормальных и агрессивных условиях. Ключевую роль тут играет хром. Элемент образовывает на поверхности соответствующую оксидную пленку, которая осуществляет защитную функцию. Она же отвечает за соответствующий темный цвет материала, который сменяется характерным бело-серым при механическом снятии окисленного слоя.

Стоит отметить, что непосредственный контакт с кислотами все же разрушает его, даже более, чем коррозионностойкий вольфрам.

Двухкомпонентный сплав не имеет магнитных характеристик. Они возникают для многокомпонентных его модификаций, однако имеют ослабленные показатели.

Нихромовая проволока отличается жесткостью, не поддается простому силовому влиянию.

Систематизируем информацию о том, как определить проволоку нихром, преимущественно, как отличить ее от внешне похожих материалов:

1. Белый цвет нового металла, темный – ранее проработанного.
2. Отрицательная или минимальная магнитность.
3. Жесткость.
4. Разрушение под действием кислот, устойчивость к окислению под влиянием высоких температур.

Марочная номенклатура

Существующие марки отличаются по составу, представляют ассортимент сплава нихром. Проволока имеет широкое использование, которое определяется индивидуальными свойствами каждого.

• 1 группа – резисторный материал: Х20Н80, Х20Н73ЮМ-ВИ, Н80ХЮД-ВИ, Х15Н60.
• 2 группа – металл для нагревательных элементов бытового и промышленного назначения с повышенными характеристиками жаропрочности: Х20Н80-Н-ВИ, Х15Н60-Н, ХН70Ю-Н, Х20Н80-Н, ХН20ЮС.
• 3 группа – для работы при температурах до 900˚С: Н50К10, Х25Н20.

При этом диаметр проволоки нихрома первой группы составляет 0,009-0,4 мм, а для второй – 0,2-7,5 мм.

«Сородичами» являются канталы или фехрали – сплавы хрома, алюминия и железа. Они характеризуются также высоким электрическим сопротивлением, стойкостью к жару в пределах 1250-1400˚С, однако меньшей надежностью, хотя и невысокой стоимостью (Х23Ю5, Х13Ю4, Х23Ю5Т, Х27Ю5Т, Х15Ю5).

Расшифровка марок

Свойства и назначение продукции из нихрома определяются ее химическим составом. Рассмотрим основные из них.

• Х20Н73ЮМ-ВИ: хром – 20%, никель – 73%, алюминий – 3%, молибден – 1,5%, марганец – до 0,3%, титан – до 0,05%, железо – 2%, углерод – до 0,05%; выплавлен с помощью вакуумно-индукционного метода;
• ХН70Ю-Н: Cr – 27%, Ni – 70%, Al – 3%, Mn – до 0,3%, Cs – до 0,03%, Ba – до 0,1%, Fe – до 1,5%, C – до 0,1%; предназначен для электронагревательных элементов;
• ХН20ЮС: Cr – 20%, Ni – 20%, Al – 1 %, Zn – до 0,2%, Ca – до 0,1%, Si – 2,5%, Fe – 50%, C – до 0,08% – для нагревателей промышленных печей.

Виды продукции

Выбор любого сплава, который характеризуется качественными технологическими и механическими характеристиками, должен быть обоснованным и регламентированным. Особенно когда речь идет о высокой стоимости. Таким высокотехнологичным и дорогостоящим материалом является проволока нихром. Гост 8803-89, 12766.1-90, 12766.3-90, 12766.4-90 определяет требования, особенности маркировки и применения. В соответствии со стандартами и в зависимости от типажа, металл представлен в продаже в виде проволоки или лент, выбор которых зависит от диаметра, сечения, длины, особенностей использования.

Соответственный прокат является исходным для промышленного изготовления ленточных зигзагов, проволочных спиралей.

Технические параметры

При выборе продукции из нихрома важно учитывать следующие особенности:

• номинальное удельное сопротивление;
• диаметр, сечение и вес;
• фактическое сопротивление и рабочие температурные границы в зависимости от физических параметров.

Номинальные значения основной параметрической характеристики определяются ГОСТом и зависят от марки и состава.

Диаметр проволоки-нихрома определяет ее сечение, вес мотка и соответственное объективное сопротивление.

Таким образом, вес проволоки (нихром) на 100 метров продукции прямо пропорционален ее размерам, а диаметр и площадь сечения – обратно пропорциональны фактическому сопротивлению.

Рабочая температура зависит не только от химического состава, но и от параметрических характеристик.

Диаметр проволоки, изготавливаемой производителями, представляется в пределах 0,05-12 мм, а ленты – 0,15-3,2 мм.

Применение

Качество всегда оправдывает стоимость. То же касается и сплава нихром. Проволока и ленты из этого материала имеют широкое использование в тех сферах, где любые другие металлы не смогли бы их заменить. Высокое электрическое сопротивление, стойкость к окислению, качественные механические характеристики, в том числе для агрессивных сред, высокотемпературные условия работы – все это позволяет использовать его в различных сферах.

В промышленности:

• Термопары металлургических электронагревательных печей.
• Конструкционные элементы для индукционного металлоплавильного оборудования.
• Промышленные вентиляционные сушки.
• Детали котлов и теплообменников.
• Электротехническое производство: резисторы и реостаты.
• Некоторые электроды для сварки.
• Одножильные и многожильные электрические провода.

Является основным конструкционным элементом для всех современных бытовых приборов:

• ТЭНы в электрических чайниках, бойлерах, кипятильниках, обогревателях.
• Нагревательные элементы в фенах, плойках, утюгах.
• Автомобильные свечи и системы обогрева.
• Электронные сигареты.

Пожалуй, цена – единственный недостаток материала нихром. Проволока двухкомпонентного типа никель-хром будет более дорогая. Содержание железа и снижение количества никеля, в свою очередь, регламентируют меньшую стоимость, однако не предоставляют тех возможностей, что Х20Н80. Выбор зависит от технических потребностей.

Выбирая продукцию из нихрома, актуально оперировать информацией о химическом составе интересующей марки, ее электропроводности и сопротивлении, физических характеристиках диаметра, сечения, длины. Немаловажно интересоваться документацией соответствия, а также уметь визуально отличить сплав от его «конкурентов». Правильно выбранный материал – залог надежности техники и технологии его задействования.