Фехраль сплав

Фехраль сплав

Появлению на свет фехраль обязан своему «старшему брату» – нихрому. Долгое время нихром полностью удовлетворял промышленность, как материал для электронагревателей. Пока не настал бум металлургии 20 века.

Объемы производства увеличивались изо дня в день. Инженеры стремились максимально уменьшить себестоимость выпускаемых деталей. Одним из таких решений стала замена нихрома более дешевым фехралем, в силу отсутствия у последнего более дорогостоящего никеля в составе.

Общие сведения

Фехраль – сплав, главными компонентами которого являются железо, хром и алюминий. Собственно, и название «фехраль» происходит от первых букв этих металлов (железо на латинском звучит как феррум). Его относят к группе высокоточных сплавов, обладающих повышенным сопротивлением. Разновидность химического состава, физические свойства и форма поставки контролируются ГОСТ 10994-94.

Марки фехраля

Существуют несколько видов фехралей. Наиболее распространёнными являются марки Х23Ю5Т, Х27ЮТ5 и Х15Ю. Расшифровывается данные аббревиатуры следующим образом:

• «Х» означает хром.
• «Ю» — алюминий.
• «Т» — титан.
• Цифра, стоящая после буквы, показывает процентное содержание этого элемента. Ее отсутствие говорит, что объемная доля компонента составляет 1%.

Это не отображается в названии, но фехраль, помимо названых элементов, содержит небольшое количество марганца (до 0,3%) и кремния (до 0,5%). Они необходимы сплаву для удаления из него растворенных атмосферных газов: азота, кислорода и водорода. Без них значительно уменьшается риск возникновения зональной ликвации – неоднородности сплава по своим свойствам.

Оставшаяся часть химического состава приходится на железо. В среднем это 77-78%. Не стоит также забывать о неизбежных примесях: фосфоре и сере, содержание которых в совокупности не должно превосходить 0,05%.

Так маркируют сплав фехраль в России. Но сплав активно используют и за рубежом. Только обозначают его там иначе. Например, фехраль Х23Ю5Т в европейских странах обозначается как:

• W-KA1.
• Alloy 875.
• Resistohm 145.

Какие же особенные характеристики скрывают все эти аббревиатуры?

Свойства фехраля

Фехраль отличается меньшей плотностью по сравнению со стальными сплавами. Ее значение не превышает 7 210 кг/м3. Плавку металла осуществляют при температуре в 1500 градусов. При нагревании металл значительно увеличивается в размерах. Коэффициент линейного расширения для него составляет 0,000 015 1/К. Магнитен. Причина этому служит весомая доля железа в его составе.

Главной характеристикой, определившей применение фехралевых сплавов, стало их высокое удельное электрическое сопротивление, которое равняется 1,39 мкОМ*м. Именно благодаря этому показателю сплав эффективно используется как материал для разного рода нагревательных элементов.

Фехраль обладает некоторыми коррозионностойкими свойствами. Конечно, он не способен сопротивляться растворению в кислоте и щелочи, но устойчив к окислению, даже при наличии атмосферой соединений на основе серы. А это является немало важным фактором в промышленности.

По твердости фехраль сравним с «сырой» малоуглеродистой сталью. Ее значение колеблется в пределах 20-25 единиц по шкале Роквелла. Прочность на разрыв же составляет около 735 МПа, что несравненно мало. Как следствие, это ведет к падению пластичности с относительным удлинением на растяжение для большинства марок не превышающим 16%. Все эти вышеперечисленные факторы создают отличные условия для развития хрупкости.

Поэтому навивку фихралевых спиралей и производят предварительно нагрев их до 300-400 ºC.

Фехраль сплав хорошо держит температуру. Его жаростойкость позволяет сохранять механические свойства при работе до 1400 С. При температурной нагрузке на выносливость (включение-выключение нагревателя) ситуация выглядит немного иначе.Вмешиваются такие факторы как уже знакомая нам хрупкость и существенное увеличение материала в объёме. Высокие температурные напряжения накапливаются и вырываются наружу, образуя после себя трещины.

Все это сильно сокращает ресурс фехраля в условиях циклической температурной работе.

Применение

Как уже была заявлено ранее, главным использованием фехралей является изготовление спиралей для тепловых электрических нагревателей. В очень редких случаях их применяют в электротехнике. Итак, фехрали встречаются в следующем оборудовании и приборах:

• Промышленные и лабораторные печи с температурой нагрева до 1350 ºC.
• Кухонная и бытовая техника: сушилки, духовки и прочее.
• В устройствах электронных сигарет.
• Блоки сопротивления и резисторы.

В целом, сфера применения фехраля такая же, как и у нихрома. Различий здесь Вы найдете мало. А так ли дело обстоит в отношении их свойств?

Сравнение нихрома с фехралем — что лучше

Главные отличия сплавов находятся в их составе: содержание никеля нихромом. Это накладывает следующие особенности на его эксплуатационные и технологические характеристики:

Фехраль Х23Ю5Т

Продукция относится к группе сплавов, обладающих повышенным сопротивлением к электричеству.

Фехраль Х23Ю5Т используется в электрическом нагревательном оборудовании, промышленных печах, а также в электронных сигаретах как одна из разновидностей нагревательного элемента. У него высокое электрическое сопротивление, что делает состав уникальным. Максимально возможное значение температуры нагревания – 1450 °C.

Процентное соотношение компонентов: 24% хрома, около 70% железа, до 6% алюминия и немного титана (максимум 0,4%).

Фехраль Х27Ю5Т по своим функциям схож с предыдущим решением, за исключением температуры плавления и других опций. Его порог – 1350 °C, а процентное соотношение: 28% хрома, 6% алюминия и железа 68%.

Третий вариант является более слабым вариантом двух вышеуказанных. Он используется для изготовления резисторов. Его рабочая температура – до 900 °C.

Марки и химический состав

В состав нихрома входит до 80% никеля, около 22% хрома и 1,5% марганца, также в состав внесены дополнительные примеси. Сплавы нихрома разделены всего лишь на две группы: нежелезистые и железистые.

Нихром марок Х20Н80 и Х15Н60

Самым широко применяемым типом нихрома является маркировка Х20Н80, относящаяся к нежелезистым сплавам. Марка Х15Н60 – железистый сплав.

Никель, входящий в состав нихромового сплава определяет технологические свойства нагревателя в работе. Поэтому были созданы модифицированные сплавы содержащие большее количество основного вещества, в маркировке которых была добавлена буква «Н». На примере Х20Н80 можно увидеть, что общий состав марки не изменился, стало лишь больше никеля, и было добавлено небольшое количество циркония (модифицированная марка Х20Н80-Н), другие сплавы изменены по такому же принципу.

Основной составляющей фехралевого сплава есть Fe, Cr и Al. В зависимости от марки сплава компоненты добавляются в разной концентрации с дополнительными элементами Zr и Mn. С целью подбора оптимального соотношения компонентов для решения разного рода задач и работы в разных сферах было создано множество марок данного сплава.

Фехраль марок Х23Ю5Т, Х27Ю5Т, Х15Ю5

Указанные марки широко применяются в промышленности для высокотемпературных обработок. В их характеристики входят: некоторая стабильность, жаростойкость и надежность в работе. Х23Ю5Т имеет до 78% железа и выделяется неплохими показателями прочности. Х27Ю5Т характеризуется высокой концентрацией Cr, что снижает прочностные характеристики, поэтому сегодня все чаще используют его аналоги.

Читать также: Нарезание резьбы на фрезерном станке

Общие сведения

Фехраль проволока производится по технологии холодной протяжки. Первый этап – очистка сырья от грязи и окисления. На следующем шаге его подвергают давлению для прессовки в конечную продукцию. После этого его маркируют, наматывают на бухту, и отгружают запакованным на склад. Поскольку готовое изделие обладает повышенной хрупкостью, его необходимо сначала нагреть. И только после этого наматывают на бухту.

Также из фехраля производят ленты, нити, спирали и другие аналогичные поделки. Основа получила свое название благодаря составу: железо, хром и алюминий – основные компоненты. С латинского языка первый элемент записан как феррум.

Нихром также представляет собой сплав, но с концентрированным содержанием хрома и никеля. Он наделен немного другими свойствами. Более подробно будет рассказано ниже.

Марки фехраля

Существует несколько основных видов: Х23Ю5Т, Х27Ю5Т и Х15Ю. Расшифровка наименований фехраля происходит следующим образом.

«Х23» означает наличие хрома в процентном соотношении 23. «Ю5» обозначает наличие алюминия, соотношение которого 5%. Буква «Т» – титан. Если после нее отсутствует цифра, значит содержание металла ниже 1%.

Вышеуказанные модели являются наиболее востребованными в сфере промышленного производства. Остальные обладают схожими свойствами, но редко приобретаются конечными клиентами.

Свойства фехраля

Конечное изделие имеет следующие свойства:

• Электрическое сопротивление фехраля больше по сравнению с аналогичными поделками.
• Из-за высокой концентрации железа, материал наделен свойством магнитности.
• Удельное сопротивление сплава достигает значение 1,3 Ом·мм²/м, что позволяет использовать его высоконагреваемых сферах производства.
• Устойчивость к окислительным процессам.
• Температура плавления – 1450 °C.
• Сплав выдерживает активные механические нагрузки, устойчив к деформациям.
• Удельная плотность значительно меньше по сравнению с другими компонентами (7300 кг/м³).

Применение

Область применения фехраля узконаправлено. Решение производится как набор комплектующих для нагревательных элементов. К ним относятся различные домашние бытовые приборы: например, фен или духовка.

Состав также используется на производстве: промышленные печи, лаборатории или другое оборудование, для которого необходимы элементы с сопротивляемостью к высокой температуре.

Еще одна сфера применения продукта – резисторы, который используются в тормозных системах.

Повышенная сопротивляемость к активным химическим веществам, постоянный коэффициент торможения при любом процессе нагревания увеличивают срок эксплуатации конечной поделки.

Компактный размер, благодаря оптимальному значению удельной плотности, позволяет использовать товары в тормозных резисторах.

Проволока фехраль Х23Ю5Т

Самой востребованной среди проката данного сплава является проволока фехраль Х23Ю5Т. Она обладаем высоким показателем жаропрочности и жаростойкости. За счет этих характеристик, проволока Х23Ю5Т считается намного качественней и востребование, чем аналогичный прокат марок Х15Ю5, Х27Ю5Т и Х23Ю5. Поскольку цена на фехраль одинаковая, то производство последних практически остановлено.

Проволока фехраль Х23Ю5Т может производиться несколькими способами: прессование, прокатка или волочение.

В состав фехраля марки Х23Ю5Т входит: железо, 22-24% хрома, 5-6% алюминия, около 0,6% никеля.

Отличается данный сплав следующими свойствами:

• высоким омическим сопротивлением;
• малым температурным коэффициентом электросопротивления;
• высокими антикоррозийными свойствами;
• высокой жаростойкостью.

Значение максимальной рабочей температуры напрямую зависит от диаметра проволоки фехраль Х23Ю5Т – чем он больше, тем она выше.

Область применения фехраля – производство электронагревательных элементов для печей промышленного назначения, бытовых приборов, элементов омического сопротивления и другое. Продается проволока фехраль Х23Ю5Т кратно бухте или катушке.

Основные преимущества и недостатки кантала и фехраля

Нагревательные элементы на фехрали обладают рядом преимуществ по сравнения с другими подобными продуктами. Перечислим.

• Меньший вес готовой продукции, благодаря низкой плотности основы.
• Проволока из фехралевого элемента наделена высокой прочностью.
• Способность работать при высоких температурах разрешают использовать поделки в определенных сферах производства.
• Длительный период эксплуатации решений, произведенных их фехралевого материала.
• Обладает высокой текучестью.
• Конечные изделия имеют устойчивость к активному механическому воздействию или перегрузке.
• Стоимость производства значительно ниже других идентичных предметов за счет того, что один из основных компонентов – алюминий.

Несмотря на большое количество плюсов, компонент характеризуется некоторыми недостатками.

Главный минус сплава – низкий порог гибкости. По этой причине его предварительно нагревают прежде чем сгибать или протягивать. Для понижения коэффициента хрупкости и повышения эластичности состав элемента дополняют никелевыми примесями. Но в этом случае возрастает итоговая стоимость конечной поделки.

Второй недостаток – слабая сопротивляемость циклической обработки нагревания фехраля. Это объясняется тем, что при нагревании внутри товара происходит активное движение молекул, которое приводит к небольшому увеличению размеров. Когда перестают нагревать, он возвращается к исходному состояние. Учитывая хрупкость сплава, при постоянных операциях на нем начинают проявляться микротрещины, которые приведут к полному разрушению.

Еще одна слабая сторона фехралевых изделий: они не выдерживает коррозию на протяжении длительного времени.

Конечный продукт будет подвержен процессу окисления. Это объясняется тем, что структура содержит большое количество железа и алюминия: металлы подвержены окислению.

Фехраль часто называют канталом. Это связано с тем, что в свое время сосредоточилась на выпуске проволоки, лент, спиралей и других аналогичных решений на основе фихралевого сплава. Соответственно, кантал стало именем нарицательным для товаров компании.

Каждый пользователь самостоятельно выбирает какой термин лучше использовать: кантал или фехраль.

Основные преимущества и недостатки нихрома

Расскажем про плюсы поделок, которые были произведены на основании нихрома. Они схожи с фехралем, но есть некоторые отличия.

• Способен эффективно использоваться в высоконагревательных средах.
• Благодаря составу компонентов, продукция спокойно выдерживает несколько циклов процедуры нагревания.
• Повышенная эластичность позволяет использовать материал без дополнительного нагревания.
• Максимальное значение сопротивления к электричеству – 1,1 Ом×мм²/м.
• Структура элемента содержит компоненты, которые мало подвержены окислительным процессам.
• Рабочая температура равняется 1100 °C. Если же основной компонент железо, то значение снижается до 800 °C.
• Поскольку в составе содержится минимальное количество железа или оно полностью отсутствует, то функция магнитности почти нулевая.
• Большой запас прочности позволяет нихрому выдерживать влияние кислотно-агрессивной среды.

Главный недостаток основы в том, что она дорогая в производстве. Существуют более бюджетные варианты, например, фехраль.

Также изделие обладает высокой плотностью (8500 кг/м3), что сказывается на его тепловыводимости. По сравнению с фехралевым комплектом, оно гораздо ниже.

Проведем сравнительный анализ двух основ

Основные плюсы и минусы нихрома

Расскажем про плюсы изделий, которые были сделаны на основании нихрома. Они схожи с фехралем, однако есть определенные отличия.

• Способен хорошо применяться в высоконагревательных средах.
• Благодаря составу элементов, продукция спокойно выдержит несколько циклов процедуры нагревания.
• Очень высокая пластичность дает возможность применять материал без дополнительного нагревания.
• Максимальное значение сопротивления к электрике – 1,1 Ом?мм?/м.
• Структура элемента имеет элементы, которые мало склонны к окислительным процессам.
• Температура работы равняется 1100 °C. Если же главный элемент железо, то значение уменьшается до 800 °C.
• Потому как в составе содержится очень мало железа или оно как таковой отсутствует, то функция магнитности практически нулевая.
• Большой прочностный запас позволяет нихрому держать воздействие кислотно-агрессивной среды.

Основной минус основы в том, что она элитная в изготовлении. Есть довольно недорогие варианты, к примеру, фехраль.

Лазерный дальномер — рулетка, линейка для работы в помещениях и на местности

Также изделие обладает большой плотностью (8500 кг/м3), что проявляется на его тепловыводимости. Если сравнивать с фехралевым комплектом, оно намного ниже.

Проведем сравнительный анализ 2-ух основ

Чем отличаются нихром и фехраль?

Рассмотрим параметры каждого сплава и опередим, что же лучше – фехраль или нихром.

1. Фехраль имеет удельным сопротивлением: 1,3 Ом×мм²/м против 1,1 Ом×мм²/м. Это означает, что он гораздо более устойчив к электричеству по сравнению с нихромом.
2. Удельная плотность нихромового состава принимает более высокое значение по сравнению с фехралевыми элементами: 8500 кг/м3 против 7300 кг/м³. Соответственно, фехраль гораздо более эффективен в производстве.
3. Соединения с высокой концентрацией нихрома гораздо более пластичны. Это позволяет использовать его для создания гибких и эластичных изделий в нагревательных элементах;
4. Сопротивление высоким температурам у фехралевого элемента выше, а значит для промышленного производства он более востребован.
5. Нихромовая основа способен выдержать циклический процесс нагревания, в то время как фехраль разрушается после первых запусков.
6. Наличие железа и алюминия в структуре фехраля, делает его слабоустойчивым к окислительным процессам. Альтернатива обладает повышенной стойкостью.
7. Стоимость изготовления фехраля в несколько раз ниже, чем нихрома. Это объясняется тем фактом, что первый компонент содержит алюминий, стоимость которого значительно ниже никеля. Таким образом, многие промышленные предприятия переходят на использование фехраля в конечных продуктах.

Используя вышесказанную информацию, становится понятным, почему фехралевые основы постепенно вытесняет нихромовые основы.

В статье было приведено описание сплава фехраль, который используется в нагревательных домашних приборах, а также на промышленном производстве. Рассказано о его достоинствах и недостатках, области применения и особенности материала.

Также был проведен сравнительный анализ между нихромом и фехралем. Перечислены сильные и слабые стороны каждого.

Сравнение нихрома с фехралем — что лучше

Главные отличия сплавов находятся в их составе: содержание никеля нихромом. Это накладывает следующие особенности на его эксплуатационные и технологические характеристики:

Нихромовая спираль

Нагреватели для муфельных печей: требования к материалам изготовления

Если Вы сомневаетесь, фехраль или нихром, что лучше подойдет в качестве основы для нагревателя муфельной печи, рассмотрите их характеристики. Каждый из них имеет разные показатели:

• Электрического сопротивления. Чем оно выше, тем лучше. Сплавы с высоким показателем электросопротивления быстрее нагреваются. Использовать их можно в меньших объемах, чем остальное сырье. Это очень удобно. В таком случае появляется возможность установить нагреватель из нихромовой проволоки внутри конструкции. Большого пространства для этого не потребуется.
• Постоянности физических свойств. Очень трудно работать с динамичными элементами, такими как неметаллы. Приходится прибегать к применению дополнительных трансформаторов. Это может усложнить процесс эксплуатации промышленного сушильного шкафа или муфельной печи.
• Температурного коэффициента. Когда меняется уровень температур, становится другим и электрическое сопротивление элемента. Нагреватель из нихрома изменяет свои показатели минимально.
• Жаропрочности. Предельный уровень отличается у разных материалов. Изучив технические характеристики, Вы увидите, насколько устойчив нихром или фехраль к высоким температурам.

Промышленный сушильный шкаф должен иметь очень качественную конструкцию, в том числе, обладать надежным нагревательным элементом

Приспособление для намотки спирали накала

Очень простое устройство для изготовления спирали накаливания из нихромовой проволоки, его можно сделать всего за пять минут. С помощью такого приспособлением, еще в Советские времена, на нашем производстве было изготовлено тысячи спиралей для отопительных «козлов» и кипятильников. Хотя нихромовая проволока из-за никеля в составе очень дорогая, но халяву еще никто не отменял и поэтому приспособа может быть кому-то пригодиться.

Видео работы приспособы

Внешний вид получаемой спирали.

Пункт 1. Подготовимся.

Что нам для этого понадобится:

Для начала надо раздобыть нихромовую проволоку, только после этого все остальное…

• Брусок деревянный, примерно 100х5х5 см. • Рейка деревянная, примерно 100х4х1 см. • Гвозди мелкие 20-30 мм. 4-5 шт. • Саморезы 3 шт. • Пруток-кругляк длиной 120 см., его диаметр в зависимости от необходимого намоточного диаметра спирали (Д =4-10 мм.)

• Дрель и сверло Д = 4-5 мм. • Две струбцины. • Ножовка по металлу или болгарка с тонким диском. • Отвертка, молоток.
Пункт 2. Изготовление приспособления.

Сверху, на большой брусок накладываем тонкую рейку, смещаем ее на одну из сторон, чтобы получился внутренний угол, размерами примерно 1х1 см., туда будет закладываться пруток.

Если пруток будет большего диаметра, то размеры уголка надо увеличить до 1,5х1,5 см.

Скручиваем рейки двумя саморезами, в начале и в середине бруска. С другой стороны, в тонкой рейке, просверлим отверстие Д=4 мм., чтобы саморез легко проходил, а не закручивался по резьбе.

Возьмем необходимый по диаметру пруток, чаще всего используется Д=5 мм., согнем один его конец в виде ручки для вращения.

С другой стороны прутка произведем запил ножовкой по металлу или болгаркой, на 4-5 мм.

Закладываем готовый пруток в угловой паз деревянного основания и в пяти сантиметрах от края и ручки, прижимая, забиваем гвоздь, не добиваем его до конца 1 см.

В принципе устройство готово, осталось его закрепить с помощью струбцин на угол стола или верстака, чтобы вращению ручки ничего не мешало.

Пункт 3. Работа устройства

Возьмем нихромовую проволоку расчетной длины и сечения.

Для намотки спирали, необходимо вставить край проволоки в разрез прутка, если она немного толще запила, то расплющиваем кончик нихрома молотком и затем вставляем.

Теперь закладываем пруток в начало бруска-основания, чтобы проволока при намотке касалась вбитого заранее гвоздя.

Саму приходящую проволоку пропускаем под рейку в том же месте, теперь надо закрутить последний саморез, тем самым создав необходимое натяжение и предварительное распрямление подающейся проволоки.

Начинаем намотку, направление вращения должно быть таким, чтобы проволока уходила на верх прутка, а не под низ, тогда пруток будет сам прижиматься к бруску не пытаясь» убежать».

Таким образом делаем намотку всей длины спирали.

А если вы сразу мотаете из большой бухты проволоки, без предварительного откусывая нужной длины куска, то можно периодически снимать готовую спираль с прутка и мереть тестером получаемое сопротивление и при необходимости снова продолжать намотку.

Таким приспособлением можно завивать не только спирали накала, а любую проволоку, для разнообразных целей, например спиральная радио антенна и др.

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Отличия фехраля и хрома: что выбрать как основу нагревателя

Нихромовые и фехралевые нагреватели являются лучшими для муфельных электропечей. Но и они имеют между собой некоторые отличия

Особенности нихрома

Среди достоинств материала:

• Сохранение механических свойств при нагреве.
• Крипоустойчивость.
• Легкость плавления и сваривания.
• Простота обработки.
• Отсутствие процессов старения.

Есть у этого сплава и некоторые недостатки, среди которых:

• Высокая цена на изготовление нихромовых нагревателей из-за дороговизны никеля.
• Возможность работы при более низких температурах, в сравнении с фехралевыми элементами.

Чтобы печь гарантировано давала нужный результат в обработке материалов, не забудьте предварительно провести расчет нихромовой проволоки для нагревателя.

Особенности фехрали

Многокомпонентный состав имеет такие позитивные характеристики как:

• Низкая цена сплава.
• Высокий уровень жаростойкости.

Некоторые нагреватели для муфельных печей из фехрали способны работать даже при температуре 1400 градусов. Важно, чтобы их диаметр был не менее 6-ти миллиметров

К недостаткам стоит отнести:

• Хрупкость при температурном режиме более 1000 градусов.
• Магнитность из-за наличия в составе железа.
• Удлинение основы во время эксплуатации.
• Низкий уровень сопротивления ползучести.

Как навить спираль из нихрома

Резистивная или нагревательная спираль может быть изготовлена в домашних условиях. Для этого нужна проволока из нихрома подходящей марки и правильный расчет требуемой длины.

Расчёт спирали из нихрома опирается на удельное сопротивление проволоки и требуемую мощность или сопротивление, в зависимости от назначения спирали. При расчете мощности нужно учитывать максимально допустимый ток, при котором спираль нагревается до определенной температуры.

Учет температуры

Например, проволока диаметром 0,3 мм при токе 2,7 А нагреется до 700 °С, а ток в 3,4 А нагреет ее до 900 0С. Для расчета температуры и тока существуют справочные таблицы. Но еще нужно учитывать условия эксплуатации нагревателя. При погружении в воду теплоотдача повышается, тогда максимальный ток можно повысить на величину до 50 % от расчетного. Закрытый трубчатый нагреватель, наоборот, ухудшает отвод тепла. В этом случае и допустимый ток необходимо уменьшить на 10—50 %.

На интенсивность теплоотвода, а значит и на температуру нагревателя, влияет шаг навивки спирали. Плотно расположенные витки дают более сильный нагрев, больший шаг усиливает охлаждение. Следует учитывать, что все табличные расчеты приводятся для нагревателя, расположенного горизонтально. При изменении угла к горизонту условия теплоотвода ухудшаются.

Расчет сопротивления нихромовой спирали и ее длины

Определившись с мощностью, приступаем к расчету требуемого сопротивления. Если определяющим параметром является мощность, то вначале находим требуемую силу тока по формуле I=P/U. Имея силу тока, определяем требуемое сопротивление. Для этого используем закон Ома: R=U/I.

Обозначения здесь общепринятые:

• P – выделяемая мощность;
• U – напряжение на концах спирали;
• R – сопротивление спирали;
• I – сила тока.

Расчет сопротивления нихромовой проволоки готов. Теперь определим нужную нам длину. Она зависит от удельного сопротивления и диаметра проволоки. Можно сделать расчет, исходя из удельного сопротивления нихрома: L=(Rπd2)/4ρ. Здесь:

• L – искомая длина;
• R – сопротивление проволоки;
• d – диаметр проволоки;
• ρ – удельное сопротивление нихрома;
• π – константа 3,14.

Но проще взять готовое линейное сопротивление из таблиц ГОСТ 12766.1-90. Там же можно взять и температурные поправки, если нужно учитывать изменение сопротивления при нагреве. В этом случае расчет будет выглядеть так: L=R/ρld, где ρld – это сопротивление одного метра проволоки, имеющей диаметр d.

Навивка спирали

Теперь сделаем геометрический расчет нихромовой спирали. У нас выбран диаметр проволоки d, определена требуемая длина L и есть стержень диаметром D для навивки. Сколько нужно сделать витков? Длина одного витка составляет: π(D+d/2). Количество витков – N=L/(π(D+d/2)).

Сфера применения нагревателей из нихрома и фехрали

Нихромовый нагреватель наиболее часто используется в конструкциях оборудования для обжига и сушки. Нередко его можно встретить и в основе водонагревателей и электроплит. Высокопроизводительными считаются лабораторные сушильные шкафы с нихромовыми нагревателями.

Лабораторная низкотемпературная печь – это оборудование для максимально точной термообработки

Фехралевые пластины и проволоки востребованы в разработке систем, работающих с температурными режимами до 1400 градусов. Их активно применяют в сфере высокоглиноземной керамики.

Сколько стоят нихромовые или фехралевые нагреватели

Стоимость муфельной печи напрямую зависит от особенностей элементов ее сборки. Важную роль в формировании цены имеет и материал нагревателя. Ключевое отличие фехраль от нихрома в том, что обойдется соединение железа, хрома и алюминия в 3-5 раз дешевле, чем то, где есть никель.

Не стоит спешить при выборе сплава. Для начала просчитайте:

• Максимальную температуру нагрева.
• Время бесперебойного функционирования техники.
• Частоту включений и выключений оборудования.

Только после этого стоит принимать решение о покупке. Не стоит гнаться за более низкой ценой. Если нагреватель будет быстро изнашиваться, его постоянные замены и перебои при эксплуатации прибора обойдутся значительно дороже.

Купить муфельные печи с качественными нагревателями, Вы всегда можете в . Мы подберем для Вас идеальное решение «под ключ», которое будет надежным и долговечным. Обращайтесь!

Методика расчёта нагревателя из нихромовой проволоки

Наиболее значительной деталью электротепловой установки является нагревательный элемент. Основная составляющая часть приборов косвенного нагрева — резистор с высоким удельным сопротивлением. А одним из приоритетных материалов — хромоникелевый сплав. Так как сопротивление нихромовой проволоки высоко, этот материал занимает лидирующее место в качестве сырья для различных видов электротепловых установок. Расчёт нагревателя из нихромовой проволоки проводят с целью определения размеров нагревательного элемента.

Основные понятия

В целом производить расчёт нагревательного элемента из нихрома необходимо по четырём вычислениям: гидравлическому, механическому, тепловому и электрическому. Но обычно подсчёты проводят лишь в два этапа: по тепловым и электрическим показателям.

К тепловым характеристикам относятся:

• тепловая изоляция;
• коэффициент полезного действия по теплоте;
• необходимая теплоотдающая поверхность.

Основной целью расчёта нихрома является определение геометрических размеров нагревательного сопротивления.

К электрическим параметрам обогревателей являются:

• напряжение питания;
• способ регулирования мощности;
• коэффициент мощности и электрический коэффициент полезного действия.

При выборе питающего напряжения для устройств обогрева отдают предпочтение тому, что несёт минимальную угрозу животным и обслуживающему персоналу. Напряжение сети в установках сельского хозяйства составляет 380/200 вольт с частотой тока 50 Герц. В случае применения электроустановок в особо сырых помещениях, при повышенной электроопасности напряжение следует снизить. Его значение должно не превышать 12, 24, 36 вольт.

Регулировать температуру и мощность нагревателя можно двумя способами:

• меняя напряжение;
• переменой величины сопротивления.

Наиболее распространённым способом изменять мощность является включение в работу определённого числа секций трехфазной установки. В современных нагревательных установках мощность меняют регулировкой напряжения с помощью тиристоров.

Расчёт по рабочему току основан на табличной зависимости, которая связывает токовую нагрузку на проводник из нихрома, его площадь сечения и температуру.

Табличные данные были составлены для проволоки из нихрома, которая натягивалась в воздухе без учёта колебаний и вибраций при температуре 20 °C.

Для того чтобы перейти к реальным условиям, в расчётах необходимо использовать поправочные коэффициенты.

Колпаковая печь

Печи колпачного типа являются лучшим вариантом для отжига листового металла, полосы и проволоки в пучках. Основными конструктивными элементами являются одна или несколько стационарных футерованных клетей, на которых устанавливаются продукты, муфель, используемый при термообработке в защитной среде или в вакууме, нагревательный колпак с футеровкой и колокол с ускоренным охлаждением. Нагревательные элементы расположены на внутренней поверхности боковых стенок раструба. В стендах установлены вентиляторы печи, которые осуществляют замкнутую циркуляцию атмосферы печи. В печах с защитной средой между колпаком и подставкой, а также между муфелем и подставкой имеются песчаные пробки. Электричество подается на подставку, а нагреватели колпака подключаются через контактные соединения.

Алгоритм расчёта для однофазных установок

Расчёт спирали из нихрома следует проводить поэтапно, используя начальные сведения о нагревателе: необходимая мощность и марка нихрома.

Мощность одной секции:

P — мощность установки, Вт;

m — количество фаз, для однофазной m = 1;

n — число секций в одной фазе, для установок мощностью около 1 квт n = 1.

Рабочий ток одной секции нагревателя:

U — напряжение сети, для однофазных установок U = 220 в

Расчётная температура проволоки:

θд — допустимая рабочая температура, выбирается из таблицы 1 в зависимости от материала, °C.

Таблица 1 — Параметры материалов для электрических нагревателей.

Км — коэффициент монтажа, выбирают из таблицы 2 в зависимости от конструктивного исполнения.

Таблица 2 — Коэффициент монтажа для некоторых видов конструкций нагревателей в спокойном потоке воздуха.

Роль коэффициента монтажа в том, что он даёт возможность учитывать повышение температуры нагревателя в реальных условиях по сравнению с данными справочной таблицы.

Кс — коэффициент окружающей среды, определяется из таблицы 3.

Таблица 3 — Коэффициент поправки на некоторые условия окружающей среды.

Коэффициент среды даёт поправку на улучшение теплоотдачи из-за условий окружающей среды. Поэтому реальные результаты расчётов будут немного отличаться от табличных значений.

Диаметр d, мм и площадь поперечного сечения S, мм 2 выбирается по рабочему току и расчётной температуре из таблицы 4

Таблица 4 — Допустимая нагрузка на нихромовую проволоку при 20 °C, подвешенную в спокойном воздухе горизонтально.

Длина проволоки одной секции:

L = (U ф2S*10-6)/(ρ 20 [1+α(θ р -20)] Рс x103)

ρ 20 — удельное сопротивление при температуре 20 °C, выбирается из таблицы 1;

α — температурный коэффициент сопротивления, определяется из соответствующего столбца в таблице 1.

Определяем шаг спирали:

Шаг спирали влияет на производительность работы. При его больших значениях теплоотдача увеличивается.

Количество витков спирали

Если назначением проволочного нагревателя является повышение температуры жидкости, рабочий ток увеличивают в 1,5 раза от расчётного значения. В случае расчёта нагревателя с закрытым типом рабочий ток рекомендуется снизить в 1,2 раза.

Протяжные печи

Предназначены для термообработки проволоки, ленты, тонкостенных труб из черных и цветных металлов. Движение продуктов в духовке осуществляется вытягиванием из специальных протяжных или намоточных устройств, расположенных перед загрузочными и разгрузочными отверстиями духовки. Протяжные печи выполнены вертикальными, горизонтальными и башенными.
Здесь представлены только основные и самые широко распространенные типы печей сопротивления, на самом деле подобных установок существует огромно количество и предназначаются они для решения отдельны задач.

Классификация нагревателей по температуре

Нагреватели по предельно допустимой температуре подразделяются на пять классов:

1. 200° C. В этом диапазоне температур наиболее широко распространено использование трубчатых электрических нагревателей. Для того чтобы в рабочем пространстве соблюдалась оптимальная температура, при монтаже ТЕНов необходимо уделить внимание их правильному расположению.
2. От 200 до 400° C. Используются ленточные нагреватели. Для создания необходимой температуры в рабочей камере охватывают весь её периметр.
3. От 400 до 600° C. Материалом для нагревателей должен служить лишь резистивный элемент высокого сопротивления. Распространёнными являются константан, фехраль, нихром. С целью обеспечения необходимой температуры нагреватель должен быть открытым для доступа воздуха. Поэтому расположен внутри или снаружи трубки.
4. От 600 до 1250° C. В печах старого образца используется нихром. Но в этом диапазоне температур он значительно уступает сплаву из алюминия, железа и хрома (фехрали). Поэтому в более современных образцах печей нихром заменён фехралью.
5. От 1250 до 1700° C. Высокотемпературные нагреватели изготавливают из дисилицида молибдена, карбида кремния. Основным недостатком обогревателей является их дефицит и высокая стоимость.

Ход работы

Сначала отделяем решётку кулера от вентилятора, она нам тоже пригодится. Кладём вентилятор правильной стороной (чтобы он дул наружу) в баночку, и закрепляем его на дне при помощи нескольких винтиков. Он понадобится для того чтобы гнать горячий воздух в комнату от раскалённой проволоки. Теперь сворачиваем саму проволоку спиралью — её можно намотать на толстый карандаш и снять. Это нужно для большей отдачи тепла при прохождении воздуха мимо спирали. Закрепляем спиральку внутри корпуса, концы нужно вывести наружу и подсоединить к проводам. Наш обогревать почти готов. Осталось накрыть корпус решёткой от кулера, для безопасности. Она как будто специально создана для этого — получился отличный прибор, напоминающий горячий фен.

Параметры, способствующие неполадкам

Наиболее велика вероятность выхода из строя электрических нагревателей вследствие окисления поверхности нагревательного сопротивления.

Факторы, которые влияют на скорость разрушения нагревателя:

• рабочая температура;
• условия окружающей среды, в которых работает нагреватель;
• частота включений.

Из-за того, что электронагревательные установки работают с превышением допустимых значений этих параметров, происходят наиболее частые поломки: обгорание контактов, нарушение механической прочности нихромовой проволоки.

Ремонт нагревательного элемента из нихрома осуществляется с помощью пайки или скручивания.

Сфера применения нагревателей из нихрома и фехрали

Нихромовый нагреватель наиболее часто используется в конструкциях оборудования для обжига и сушки. Нередко его можно встретить и в основе водонагревателей и электроплит. Высокопроизводительными считаются лабораторные сушильные шкафы с нихромовыми нагревателями.

Лабораторная низкотемпературная печь – это оборудование для максимально точной термообработки

Фехралевые пластины и проволоки востребованы в разработке систем, работающих с температурными режимами до 1400 градусов. Их активно применяют в сфере высокоглиноземной керамики.

Марки

Спирали изготавливаются из нихрома двух самых распространенных в промышленности марок: Х20Н80 и Х15Н60. Это сплавы никеля с хромом (отсюда и название “нихром”). Первый из перечисленных содержит

15% Cr. Разница в массовой доле никеля оказывает значительное влияние на эксплуатационные и экономические характеристики сплавов. Х20Н80 имеет более высокую максимальную рабочую температуру и большую стоимость в сравнении с Х15Н60. Также в химический состав рассматриваемых материалов входят железо (Fe) и марганец (Mn).
Химический состав прецизионных сплавов в том числе и нихромов Х20Н80 и Х15Н60 определяется стандартом ГОСТ 10994-74.

Некоторые замечания

Можно усовершенствовать прибор, используя дополнительные детали:

• гипс
• стальная проволока
• выключатель

Стальную скобу не придётся никак приспосабливать внутри корпуса — она нужна только в качестве удобной подставки для прибора. Выключатель позволит легко управлять прибором. Его можно установить на боку корпуса баночки, добавив туда пару винтиков. А вот гипс поможет придать прочности и сохранности нихромовой проволочке. Высыпаем сухой гипс в воду, разводим его и окунаем в раствор скрученную спиральку, после чего высушиваем под слоем гипса на воздухе, до затвердевания. Теперь нагрев будет более мягким, а прибор более долговечным и безопасным. Главное не забыть оставить на концах контакты для подсоединения проводов.

Итог: У нас получился простой и эффективный прибор для обогрева помещения. Если всё правильно выполнено — то он будет безопасен в эксплуатации и станет потреблять совсем немного мощности.

Простой самодельный панельный обогреватель: схема сборки, фото изготовления.

С наступлением холодов тема отопления жилых помещений становится актуальной, и многие задаются вопросом, как дополнительно обогреть, жилую комнату, рабочее помещение, дачу или гараж с помощью обогревателя. В этой статье мы рассмотрим, как сделать простой, дешёвый и в то же время безопасный электрообогреватель.

Нихром или фехраль что лучше

Si, Mn, Zr, Y и другие

ГОСТ 12766.1-90 и ГОСТ 12766.2-90

Все сплавы полностью не только соответствуют ГОСТу на данный вид продукции, но и превышают его требования, для примера: пластичность (удельное удлинение) при комнатной температуре проволоки из сплавов Х27Ю5Т, Х23Ю5Т по ГОСТу 12766.1-90 составляет 10-12%, а близкая к ней группа сплавов «Резистом» Р 135, Р140 и Р145 демонстрирует более 21%.

Производственная программа фирмы «Рескал» (Франция) по сплавам сопротивления включает в себя:

проволоку диаметром от 0,1 мм до 10 мм (диаметром до 5 мм холоднотянутую);

ленту различных размеров;

плоскую проволоку различных размеров.

Мы предлагаем современные сплавы сопротивления гарантированно высокого качества, завоевавшие доверие во многих странах.

«Нихромы» (сплавы Ni-Cr и Ni-Cr-Fe)

Высококачественная продукция фирмы «Рескал» (Франция) «нихромы» (сплавы Ni-Cr и Ni-Cr-Fe) характеризуются:

отличными механическими свойствами в «холодном» состоянии и после длительной эксплуатации;

увеличенным сроком службы за счет добавок РЗМ;

высокой однородностью структуры сплавов.

Предостережение:

в серосодержащих атмосферах при температурах выше 650 ‘С проявляется, так называемый, эффект «зеленой гнили», приводящий к интенсивному разрушению сплавов этого класса.

в атмосфере содержащей углерод в температурном интервале 600-900 ‘С происходит интенсивное разрушение сплавов этого класса.

Сплав Резистом 80

Ni – 79, Cr – 20, Si, Mn, РЗМ и другие легирующие элементы.

Температура плавления, ‘С

Максимальная рабочая температура, ‘С

Удельное электросопротивление, Ом·мм 2 /м

60 (интервал 20-1000 ‘С)

17,5 (интервал 20-1000 ‘С)

Характеристика ползучести при Т=800 ‘С

Характеристика ползучести при Т=1000 ‘С

Предел прочности, Н/мм 2

Предел текучести, Н/мм 2

Пластичность (удельное удлинение) при комнатной температуре, %

Один из самых известных сплавов сопротивления. Имеет прекрасные механические характеристики при работе до 1200 ‘С. Применим как в промышленных печах и нагревателях, так и в бытовых приборах.

Сплав Резистом 70

Ni – 69, Cr – 30, Si, Mn, РЗМ и другие легирующие элементы.

Температура плавления, ‘С

Максимальная рабочая температура, ‘С

Удельное электросопротивление, Ом·мм 2 /м

110 (интервал 20-1000 ‘С)

17,5 (интервал 20-1000 ‘С)

Характеристика ползучести при Т=800 ‘С

Характеристика ползучести при Т=1000 ‘С

Предел прочности, Н/мм 2

Предел текучести, Н/мм 2

Пластичность (удельное удлинение) при комнатной температуре, %

Сплав особенно хорош для применения при повышенных температурах в окислительной атмосфере. Применим как в промышленных печах и нагревателях, так и в бытовых приборах при температурах до 1250 ‘С.

Сплав Резистом 60

Ni – 57, Cr – 15, Fe – остальное, Si, Mn, РЗМ и другие легирующие элементы.

Температура плавления, ‘С

Максимальная рабочая температура, ‘С

Удельное электросопротивление, Ом·мм 2 /м

180 (интервал 20-1000 ‘С)

17,5 (интервал 20-1000 ‘С)

Характеристика ползучести при Т=800 ‘С

Характеристика ползучести при Т=1000 ‘С

Предел прочности, Н/мм 2

Предел текучести, Н/мм 2

Пластичность (удельное удлинение) при комнатной температуре, %

Выбор сплава особенно удачен для применения в нагревательных элементах при температурах до 1100 ‘С. Применим как в промышленных печах и нагревателях, так и в бытовых приборах.

Сплав Резистом 30

Ni – 30, Cr – 20, Fe – остальное, Si, Mn, РЗМ и другие легирующие элементы.

Температура плавления, ‘С

Максимальная рабочая температура, ‘С

Удельное электросопротивление, Ом·мм 2 /м

250 (интервал 20-1000 ‘С)

18 (интервал 20-1000 ‘С)

Характеристика ползучести при Т=800 ‘С

Характеристика ползучести при Т=1000 ‘С

Предел прочности, Н/мм 2

Предел текучести, Н/мм 2

Пластичность (удельное удлинение) при комнатной температуре, %

Более доступный, по сравнению с другими сплав, применим как в промышленных печах и нагревателях, так и в бытовых приборах при температурах до 1000 ‘С.

«Многокомпонентные сплавы Fe-Cr-Al-Si-Mn-Zr-Ti-Y»

1. Химический состав: база Fe-Cr-Al, легирующие элементы: Si, Y, La, Ce, Zr, Ti.

2. Область применения:

• Широко используется в электропечах сопротивления для всех отраслей промышленности (машиностроение, литейные и термические цеха, производство керамики и стекла, сушильные цеха). Сплав оптимален для использования в ТЭН-ах и бытовых приборах (духовые шкафы, тепловентиляторы, тостеры, фены и т.п.).
• В большинстве промышленно развитых стран мира доля данных сплавов в общем потреблении сплавов сопротивления составляет свыше 80%.
• Превосходные свойства этих материалов обусловлены, в частности, тем, что на их поверхности образуется высокопрочная пленка Al2O3 светло-серого цвета, которая является отличным изолятором и более эффективно предотвращает коррозию по сравнению с оксидом хрома (Cr2O3), образующимся на поверхности нихромов. Пленка оксида хрома менее устойчива, быстрее отслаивается и испаряется (испарение при 1100 ‘С), что приводит к сокращению срока службы нагревателя.
• Промышленные камерные печи изготавливаются на основе футеровки из легковесных волокнистых огнеупоров, что в комплексе с нагревателями из современного сплава позволяет сократить время выхода на рабочий режим, а также значительно снизить потребление электроэнергии и эксплуатационные затраты по сравнению с печами на основе кирпичной футеровки с нагревателями из нихрома.
• Хотя химический состав данных современных сплавов и близок к классическим «фехралям», однако материал имеет ряд существенных отличий: микролегирование Y, La, Ce, Zr, Ti, Si, сниженное содержание С, однородность структуры, уменьшение размера зерна, высокое качество поверхности, высокая плотность слоя защитной пленки Al2O3 , что позволяет получить материал с высокими эксплуатационными свойствами.

3. Основные преимущества:

В отличии от «нихромов»:

• Высокая рабочая и максимальная температура применения: Тmax=1200-1350 ‘С, Tплавл.=1500 ‘С.
• Срок службы больше в 2-3 раза при работе при температурах выше 1100 ‘С. Пример: при Т=1100 ‘С, срок службы Х20Н80 как минимум в 2,8 раза ниже чем «Резистом Р», атмосфера – воздух.
• Плотность ниже, чем у нихрома (7,1-7,2 г/см 3 против 8,4 г/см 3 у Х20Н80). Экономия на материале составляет 17% по весу.
• Выше удельное электросопротивление 1,39-1,45 Ом·мм 2 /м против 1,12 для Х20Н80, что приводит к экономии на материале.
• Выше значение допустимой поверхностной мощности q (4 Вт/см 2 против 2 Вт/см 2 для Х20Н80 при Т=1000 ‘С).
• Выше приведенные преимущества позволяют экономить на материале для нагревательных элементов 20-30% по весу в сравнении с Х20Н80.
• Отличная стойкость в воздушной среде, вакууме, аргоне, серосодержащих и СО-содержащих атмосферах, водяном паре.
• Низкое значение интеркристаллитного окисления.
• Высокое значение предела ползучести, что уменьшает вероятность провисания элементов.
• Хорошие механические свойства: высокий предел текучести, хорошая пластичность при комнатной температуре (удлинение более 21%).
• Низкое стабильное значение ТКЭС.
• Небольшая зависимость электросопротивления от различных видов теплового воздействия и холодного деформирования.
• Цена ниже, чем у нихромов.

В отличии от классических «фехралей»:

• Существенно большая пластичность (удельное удлинение) при комнатной температуре: более 21% против 10-12% у классических «фехралей».
• Более высокая пластичность сплава после эксплуатации при высоких температурах.
• Сниженное значение интеркристаллитного окисления.
• Снижение размера зерна как в исходном состоянии, так и замедленный рост зерна при эксплуатации при высоких температурах – стабильность функциональных свойств.
• Хорошая «свариваемость» сплавов.

Сплав Резистом Р135

Cr – 20-22, Al – 4.5, Fe – остальное, Si, Y, La, Ce, Zr, Ti – легирующие элементы.

Температура плавления, ‘С

Максимальная рабочая температура, ‘С

Удельное электросопротивление, Ом·мм 2 /м

70 (интервал 20-1000 ‘С)

14 (интервал 20-1000 ‘С)

Характеристика ползучести при Т=800 ‘С

Характеристика ползучести при Т=1000 ‘С

Предел прочности, Н/мм 2

Предел текучести, Н/мм 2

Пластичность (удельное удлинение) при комнатной температуре, %

Применим как в промышленных печах и нагревателях, так и в бытовых приборах при температурах до 1200 ‘С. Длительный срок службы при повышенных рабочих температурах.

Сплав Резистом Р140

Cr – 22-24, Al – 5, Fe – остальное, Si, Y, La, Ce, Zr, Ti – легирующие элементы.

Температура плавления, ‘С

Максимальная рабочая температура, ‘С

Удельное электросопротивление, Ом·мм 2 /м

60 (интервал 20-1000 ‘С)

15 (интервал 20-1000 ‘С)

Характеристика ползучести при Т=800 ‘С

Характеристика ползучести при Т=1000 ‘С

Предел прочности, Н/мм 2

Предел текучести, Н/мм 2

Пластичность (удельное удлинение) при комнатной температуре, %

Применим как в промышленных печах и нагревателях, так и в бытовых приборах при температурах до 1280 ‘С. Длительный срок службы при повышенных рабочих температурах.

Сплав Резистом Р145

Cr – 22-24, Al – 6, Fe – остальное, Si, Y, La, Ce, Zr, Ti – легирующие элементы.

Температура плавления, ‘С

Максимальная рабочая температура, ‘С

Удельное электросопротивление, Ом·мм 2 /м

33 (интервал 20-1000 ‘С)

15 (интервал 20-1000 ‘С)

Характеристика ползучести при Т=800 ‘С

Характеристика ползучести при Т=1000 ‘С

Предел прочности, Н/мм 2

Предел текучести, Н/мм 2

Пластичность (удельное удлинение) при комнатной температуре, %

Применим как в промышленных печах и нагревателях, так и в бытовых приборах при рабочих температурах до 1350 ‘С. Длительный срок службы при повышенных рабочих температурах.