Нихром - основной материал для изготовления нагревательных
элементов для электрических печей. Нихром специально разработан для этой цели и
поэтому в максимальной степени удовлетворяет всем требованиям к таким
материалам.
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 Сr2О3 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 температурным коэффициентом сопротивления, 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
Сr2О3, 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 0оС - 8200 кг/м3. Удельное электрическое сопротивление ρ, 10-6 ом х м - 1,11 (20 оС), 1,18 (400 оС), 1,2 (600 оС), 1,21 (800 оС), 1,23 (1000 оС). Удельная теплоемкость - 0,461 х 103 Дж/(кг х оС). Коэффициент теплопроводности - 16 Вт/(м х оС). Максимальная рабочая температура оС 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 0оС - 8400 кг/м3. Удельное электрическое сопротивление ρ, 10-6 ом х м - 1,09 (20 оС), 1,13 (600 оС), 1,11 (800 оС), 1,12 (1000оС). Удельная теплоемкость - 0,44 х 103 Дж/(кг х оС). Коэффициент теплопроводности - 14,2 Вт/(м х оС). Максимальная рабочая температура оС 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).