Производство нагревателей
и оборудования для нагрева

Нихром для нагрева: характеристики, назначение, сопротивление, калькулятор

Cплавы нихрома были в эксплуатации еще в 1900 году, и они были успешно использованы в нагревательных системах. Следовательно, реальный практический опыт использования оборудования и промышленных печей дает уверенность в использовании этих сплавов в передовых и уже установленных конструктивных решениях.

В данной статье вы найдете справочные данные и таблицы с характеристиками различных сплавов нихрома. Калькулятор расчета параметров нихромового провода или провода из фехрали вы можете найти в нашей прошлой статье «Расчет нихрома и фехрали для нагревателей».

Что такое сплав  для резистивного нагрева?

Выбор электронагревательных материалов зависит от внутреннего сопротивления току, протекающему с выделением тепла. Медная проволока не выделяет достаточно тепла, когда проводит электричество. Следовательно, чтобы сплав, такой как проволока, пруток, полоса или лента, можно было рассматривать как электрический нагревательный элемент, он должен противодействовать потоку электричества.


Нихром для нагрева: характеристики, назначение, сопротивление, калькулятор от компании ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Удельное сопротивления нихрома и других сплавов для нагревателей

Обычно распространенные стали и сплавы, такие как нержавеющая сталь, препятствуют прохождению электричества. Этот термин свойства известен как удельное сопротивление. У нас в России, как и везде в Европе для описания удельного сопротивления принято использовать Омы на мм2 на м, в других странах еще может использоваться Ом см / фут или Ом, умноженное на круговые мили на фут Ohms /cmf . 

Если бы только удельное сопротивление рассматривалось как основной фактор для электрического нагревательного элемента, выбор мог бы быть из нескольких материалов сплава с широким диапазоном стоимости. По своей экстремальной природе электрический нагревательный элемент часто нагревается докрасна, и обычные сплавы не могут выдерживать такое количество тепла в течение длительного периода. 

Семейства сплавов для нагревателей обладают сочетанием двух определенных свойств:

  1. Высокое электрическое сопротивление
  2. Длительный срок службы, потенциал выносливости в качестве нагревательного материала

Эти группы сплавов можно разделить на шесть основных классов. В данной статье мы рассмотрим такие сплавы, как нихром. Основные марки этих сплавов показаны с указанием их состава и удельного сопротивления нихрома.

 

Никель-хромовые сплавы

80 никель 20 хром

1.0803 Ом · мм2 / м

650 Ohms /cmf

70 никель 30 хром

1.18002 Ом · мм2 / м

710 Ohms /cmf

60 Никель 16 Хром 24 Железо

1.12185 Ом · мм2 / м

675 Ohms /cmf

35 Никель 20 Хром 45 Железо

1.01382 Ом · мм2 / м

610 Ohms /cmf

 

Железо-Хром-Алюминий

22 Хром 5 Алюминий 73 Железо

1.45425 Ом · мм2 / м

875 Ohms /cmf

22 Хром 4 Алюминий 74 Железо

1.35453 Ом · мм2 / м

815 Ohms /cmf

15 Хром 4 Алюминий 81 Железо

1.2465 Ом · мм2 / м

750 Ohms /cmf

 

Медно-никелевые сплавы
для низкотемпературных применений

45 Никель 55 Медь

0.4986 Ом · мм2 / м

300 Ohms /cmf

22 Никель 78 Медь

0.2991 Ом · мм2 / м

180 Ohms /cmf

11 Никель 89 Медь

0.1495 Ом · мм2 / м

90 Ohms /cmf

6 Никель 94 Медь

0.0997 Ом · мм2 / м

60 Ohms /cmf

2 никель 98 Медь

0.0498 Ом · мм2 / м

30 Ohms /cmf

 

Нержавеющая сталь и различные сплавы
для низкотемпературных применений

Никель Марганец 94 Никель 5 Марганец

0.1695 Ом · мм2 / м

102 Ohms /cmf

99,98 никель

0.0748 Ом · мм2 / м

45 Ohms /cmf

Монель 67 Никель 30 Медь

0.48198 Ом · мм2 / м

290 Ohms /cmf

Никель Кремний 3 Кремниевые весы Никель

0.31578 Ом · мм2 / м

190 Ohms /cmf

UNS S30400 18 Хром 8 Никель 74 Железо

0.71965 Ом · мм2 / м

433 Ohms /cmf

Характеристики сплавов для контактного нагрева

Чтобы стать электронагревательным элементом, металл или сплавы должны обладать следующими характеристиками:

    1. Хорошее высокое электрическое сопротивление для сохранения небольшой площади поперечного сечения
    2. Высокая прочность и пластичность при рабочих температурах
    3. Низкий температурный коэффициент электрического сопротивления для предотвращения значительных изменений сопротивления при рабочей температуре по сравнению с комнатной температурой.
    4. Отличная стойкость к окислению на воздухе при умеренных процедурах
    5. Подходящая работа и потенциал для придания необходимой формы.

Материалы, которые обладают этими свойствами, являются 80/20 Нихромом  70/30 Нихрома, 60/15 Нихрома и 35/20 нихрома. Оценка свойств этих сплавов на воздухе производится следующим образом:

 

NiCr марки 80/20

70/30 NiCr

C Класс 60/15 NiCr

D Класс 35/20 NiCr

Самая высокая рабочая температура в воздухе

1200 ° C или 2200 ° F

1260 ° C или 2300 ° F

1150 ° C или 2100 ° F

1100 ° C или 2000 ° F

Температура плавления

1400 ° C или 2550 ° F

1380 ° C или 2520 ° F

1390 ° C или 2530 ° F

1390 ° C или 2530 ° F

Удельный вес

8,41

8,11

8,25

7,95

Плотность

8,415 г / см³

8,11 г / см³

8,249 г / см³

7,944 г / см³

Предел прочности

830 МПа или

900 МПа

760 МПа

620 МПа

Предел текучести, 0,2%

415 МПа

485 МПа

380 МПа

345 МПа

Относительное удлинение%

240 МПа

240 МПа

240 МПа

240 МПа

Уменьшение площади

55%

55%

55%

55%

 

  • Нихром 80/20. Самый популярный сплав сопротивления, состоящий из 80% никеля и 20% хрома, все еще широко используется, однако различные исследования предложили некоторые улучшения в основных химических свойствах. Включены номинальные количества железа, марганца и кремния, а также небольшое содержание редкоземельных металлов и других, что позволяет использовать сплав при температуре до 1200 ° C или 2192 ° F.

  • Нихром 70/30 обеспечивает увеличенный срок службы на воздухе при температуре до 1260 ° C или 2300 ° F. Он обеспечивает выдающуюся стойкость к окислению в условиях низкого содержания кислорода, механизм, известный как зеленая гниль из-за зеленого оттенка оксида.

  • Нихром 60/16 железо 24. Сплав нихрома, состоящий из 60% никеля и 16% хрома и 24% железа обычно выбираются , когда температура применения не должна быть выше 1100 ° C.

  • Нихром 35/20 железо 45. Сплав, состоящий из 35% никеля, 20% хрома и железа, используется в печах с промышленным регулированием, работающих при температурах от 800 ° C до 1000 ° C. Он обеспечивает значительный вклад в предотвращение повреждения, которое может иметь место в двух указанных выше сплавах, когда рабочая температура одинакова, но условия различаются между восстановлением и окислением. Нихром А или 80/20 не рекомендуется использовать в условиях, которые восстанавливают никель и окисляют хром.

Все нагревательные сплавы, упомянутые в таблице выше, имеют длительный срок службы в качестве нагревательного материала, если они спроектированы соответствующим образом с учетом подходящего размера проволоки и спецификации спирали.

Подходящий срок службы нагревательного элемента начинается с производства сплава и последующих результатов в результате надлежащего ухода за сплавом - проволокой, лентой, полосой, когда он формируется в качестве нагревательного элемента и устанавливается в оборудование. 

Как работают сплавы электрического сопротивления

Электрическое сопротивление сплава генерирует тепло, в зависимости от его состава, он противостоит потоку электричества. Сплав должен иметь возможность проводить электричество до соответствующей температуры, чтобы работать в качестве нагревательного материала.

Температурный коэффициент сопротивления

Сопротивление току, выраженное в омах для конкретного сплава, зависит от температуры сплава. Это отклонение указывается в процентах от фактического сопротивления комнатной температуре. Обычно с повышением температуры сопротивление увеличивается, поэтому нагревательный элемент в виде проволоки имеет сопротивление 1 Ом при комнатной температуре (20 ° C или 68 ° F), может достигать сопротивления до 1,08 Ом при 650 ° C или 1202 ° F. , следовательно, сопротивление увеличивается на 8% из-за нагрева. 

Влияние обработки на удельное сопротивление

Электрическое сопротивление - это внутреннее свойство каждого металла, в зависимости от его состава и конфигурации. На сопротивление могут влиять методы изготовления и обработки, такие как холодная обработка и обработка отжигом, до такой степени, что они изменяют физическую структуру материала.

Изменение удельного сопротивления со скоростью охлаждения особенно важно для материала после яркого отжига, обработка которого включает отжиг в защищенной среде, а затем быструю закалку. Когда материал функционирует при температурах выше 300 ° C, удельное сопротивление может быть изменено по сравнению с его первоначальным значением, особенно если элементы немного охлаждаются. Возможны следующие варианты:

    • Нихром 80/20 : увеличение на 6%
    • Нихром 70/30 : увеличение на 4%
    • Нихром 60/15 : увеличение на 2%
    • Нихром 35/20 : номинальное увеличение

Однако способность к изменению удельного сопротивления зависит от размера сечения. Поскольку легкие части охлаждаются быстрее, чем массивные части, легкие части описывают более конкретное влияние скорости охлаждения на электрическое сопротивление. Влияние максимальное для нихрома 80/20 и нихрома 70/30 и умеренное для сплава 60/15 . Для сплава 35Ni20Cr значительного размерного эффекта не наблюдалось.

Нагревательные элементы из нихромового сплава

Электрический резистивный нагревательный элемент использовался в течение длительного периода времени. Поэтому многие конструкции усовершенствованы для обеспечения превосходных характеристик. Очень важно проверить все факторы, которые позволят создать нагреватель, который будет предлагать удовлетворительные функциональные возможности по доступной цене. Для выполнения этой задачи необходимо учитывать следующие факторы:

  • Механические воздействия: если нагретое оборудование должно подвергнуться серьезному механическому удару, метод установки нагревательных элементов должен иметь первостепенное значение.

  • Температура: это основной фактор при выборе сплава и размера нагревательного материала. Применение нагревательного элемента указывает требуемую температуру. Также важно различать температуру окружающей среды и температуру резистивного провода. 

  • Требуемое пространство: Пространство, вводимое для установки нагревателя, обычно регулируется. Это говорит о том, что достаточное пространство может быть непрактичным. Для равномерного поджаривания хлеба в тостере материал следует держать подальше от поверхности, но для оборудования должно быть достаточно места смещения.

  • Атмосфера: указывает, что газы или твердые частицы взаимодействуют с нагревателем. Защитный слой в печи или брызги в жаровне обычно определяются.

  • Температурный цикл: Подходящие условия работы для нагревательного элемента - поддержание постоянной температуры. Обычно это непрактично. Лабораторные испытания показали, что при повышенной рабочей температуре, такой как 800 ° C и выше, обычный включенный нагреватель имеет длительный общий срок службы. Из-за выдающегося срока службы нецикличного нагревателя многие испытания рассчитаны на высокую скорость цикла. Время цикла определяется продолжительностью, необходимой для переключения устройства между стабилизированной температурой испытания и комнатной температурой.

  • Безопасность: Необходимо соблюдать меры безопасности при работе с приборами, работающими с высокой температурой или с электрическими проводниками. Установка приборов за ограждениями может вызвать более резкое повышение температуры, чем ожидалось.

  • Плотность мощности: важным фактором, который следует понимать, является плотность мощности, показывающая число, выражающее мощность, рассеиваемую на единицу площади. Для более высоких нагрузок требуются более высокие температуры. Выбор максимального значения является подходящей концепцией конструкции, поскольку он относится к минимальному количеству материала, обеспечивая рентабельную систему при подходящем сроке службы. Это достигается сочетанием наименьшего поперечного сечения проводника и подходящего удельного сопротивления. В нагревательных спиралях и лентах печи самонагревание между контурами допускается за счет излучения витков катушки.

Нихром 60 против нихрома 80

Когда был открыт нихром 80 , были предприняты усилия по снижению стоимости материала за счет уменьшения содержания никеля и хрома . Были испытаны несколько сплавов, и многие из них не прошли испытания. В последние годы усовершенствования в процессе плавления сплавов и более чистое сырье стимулировали производство материала нихрома 60 с долговечными свойствами, аналогичными или даже лучшими, чем у нихрома 80 для нескольких температурных пределов. Нихром 80 предпочтителен, когда материал должен подвергаться воздействию предельной температуры. Хотя в различных приложениях, нихром С можно успешно использовать, так как он дает возможность снизить стоимость.

Поскольку сплавы для нагревателей вытягиваются, прокатываются до сопротивления, пользователи обычно просят вытягивать сплав для получения такого же сопротивления в Ом на м, как у нихрома 80 . Поскольку у нихрома 60 более высокое удельное сопротивление, диаметр проволоки будет номинально больше, чтобы соответствовать этому. Это относится к температуре приложения, которая определяется удельной мощностью, которая будет уменьшена. Это снижение температуры небольшое, но правильное, так как срок службы обратно пропорционален температуре.

Нихром 60 не используется в промышленных печах из-за того, что себестоимость всей установки печи превышает стоимость нагревательных элементов, поэтому в печах используются нихром марок 80, 70/30 или 35/20 .

Данные по удельному сопротивлению - нихром A и нихрома C

Диаметр (мм)

Допуск диаметра

Площадь поперечного сечения (мм²>)

NI80CR20

NI60CR15

Допуск сопротивления материала (%)

Сопротивление на метр (20 ° C Ом / м)

Длина на кг (м / кг)

Вес на метр (кг / м)

Сопротивление на метр (20 ° C Ом / м)

Длина на кг (м / кг)

Вес на метр (кг / м)

0,020 мм

± 0,003

0,000314 мм²

3472

-

-

3567

-

-

± 15%

0,025 мм

± 0,003

0,000491 мм²

2220

-

-

2281

-

-

± 15%

0,028 мм

± 0,003

0,000616 мм²

1770

-

-

1818 г.

-

-

± 15%

0,032 мм

± 0,003

0,000804 мм²

1356

-

-

1393

-

-

± 14%

0,036 мм

± 0,003

0,001018 мм²

1071

-

-

1100

-

-

± 14%

0,040 мм

± 0,004

0,001257 мм²

867

-

-

891

-

-

± 13%

0,045 мм

± 0,004

0,001591 мм²

685

74828

0,00001

704

76649

0,00001

± 13%

0,050 мм

± 0,004

0,001964 мм²

555,1

60617

0,00002

570,3

62092

0,00002

± 12%

0,060 мм

± 0,004

0,002828 мм²

385,5

42097

0,00002

396,0

43122

0,00002

± 11%

0,070 мм

± 0,005

0,003849 мм²

283,2

30930

0,00003

291,0

31683

0,00003

± 10%

0,080 мм

± 0,005

0,005027 мм²

216,9

23682

0,00004

222,8

24259

0,000041

± 10%

0,100 мм

± 0,006

0,007854 мм²

138,8

15158

0,000065

142,6

15527

0,000064

± 9%

0,120 мм

± 0,006

0,01131 мм²

96,38

10526

0,000095

99,03

10788

0,000092

± 9%

0,132 мм

± 0,007

0,01369 мм²

79,62

8697

0,00011

81,81

8907

0,00011

± 8%

0,150 мм

± 0,008

0,01767 мм²

61,68

6738

0,00014

63,38

6901

0,00014

± 8%

0,152 мм

± 0,008

0,01815 мм²

60,05

6557

0,00015

61,70

6720

0,00015

± 8%

0,170 мм

± 0,008

0,02270 мм²

48,02

5243

0,00019

49,34

5373

0,00018

± 8%

0,173 мм

± 0,008

0,02351 мм²

46,37

5062

0,00020

47,64

5186

0,00019

± 8%

0,190 мм

± 0,009

0,02835 мм²

38,44

4198

0,00023

39,50

4301

0,00023

± 8%

0,193 мм

± 0,009

0,02926 мм²

37,24

4069

0,00025

38,27

4168

0,00024

± 8%

0,210 мм

± 0,010

0,03464 мм²

31,47

3437

0,00029

32,34

3521

0,00028

± 8%

0,250 мм

± 0,010

0,04909 мм²

22,21

2425

0,00041

22,82

2484

0,00040

± 8%

0,270 мм

± 0,012

0,05726 мм²

19.04

2079

0,00048

19,56

2129

0,00046

± 7%

0,280 мм

± 0,013

0,06158 мм²

17,70

1933 г.

0,00052

18,19

1980 г.

0,00051

± 7%

0,290 мм

± 0,013

0,06605 мм²

16,50

1802 г.

0,00055

16,96

1846 г.

0,00054

± 7%

0,300 мм

± 0,013

0,07070 мм²

15.41

1684

0,00059

15,84

1724

0,00058

± 7%

0,310 мм

± 0,013

0,07548 мм²

14,44

1577

0,00063

14,84

1615

0,00061

± 7%

0,315 мм

± 0,013

0,07794 мм²

13,98

1527

0,00065

14,37

1564

0,00064

± 7%

0,345 мм

± 0,013

0,09349 мм²

11,66

1273

0,00079

11,98

1304

0,00077

± 7%

0,350 мм

± 0,013

0,09621 мм²

11,33

1237

0,00080

11,64

1267

0,00078

± 7%

0,355 мм

± 0,013

0,09899 мм²

11.01

1203

0,00083

11.31

1232

0,00081

± 7%

0,375 мм

± 0,015

0,11046 мм²

9,87

1078

0,00093

10,14

1104

0,00091

± 7%

0,400 мм

± 0,016

0,125 мм²7

8,674

947

0,00105

8,913

970

0,00103

± 7%

0,450 мм

± 0,016

0,1591 мм²

6,853

748

0,00133

7,042

766

0,00130

± 7%

0,475 мм

± 0,016

0,1772 мм²

6,153

672

0,00148

6,323

688

0,00145

± 7%

0,500 мм

± 0,016

0,1963 мм²

5,551

606

0,00164

5,704

621

0,00161

± 7%

0,560 мм

± 0,016

0,2463 мм²

4,424

483,3

0,00206

4,546

495,0

0,00202

± 7%




Возврат к списку


Задать вопрос