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6镍铬电热合金的优点

高温强度高

可塑性仍很好

发射率高

无磁性

较好的耐腐蚀性

7生产工艺

8电热合金主要性能

简介编辑

electricalheatingalloy；

electrothermalalloy

用于制造电热元件的合金材料。

当电流通过合金元件时，产生焦耳效应，将电能转变成热能。

电热合金产品一般制成细的丝材（电热丝）、圆线材、扁带材（电阻带），在特殊要求下也可制成管材和铸件。

一般具有电阻率大、耐热疲劳、抗腐蚀和高温形状稳定性好等特点。

它可有效地将电能转化为热能。

电热合金在高温时表面形成致密的氧化膜，故有良好的抗氧化性能。

分类

编辑

它分为Ni-Cr-（Fe）型和Fe-Cr-Al型两类。

（1）Ni-Cr-（Fe）型合金以镍（或铁）为基，一般含15%～30%Cr，29%～80%Ni，呈奥氏体组织，普遍使用的20Cr-80Ni合金的最高使用温度为1100℃。

（2）Fe-Cr-Al型合金以铁为基，一般含12%～30%Cr，4%～8%Al，余为Fe，呈铁素体组织。

如17Cr-5A1-Fe，25Cr-5Al-Fe，28Cr-8Al-1Ti-Fe合金，最高使用温度依次可达1050℃、1200℃和1300℃。

①在高温下应有良好的抗氧化性（或抗介质气氛侵蚀性）及足够的抗蠕变性能。

②应有较高的电阻率，电阻率温度系数尽可能低，可以承受较大的电流。

③应有良好的冶金生产工艺性能和制造加工性能。

1906年,英国马什（A.L.Marsh）研制成镍铬电热合金Cr20Ni80，美国隆斯伯里（F.B.Lounsberry）于1929年、苏联科尔尼洛夫（И.И.корнилов）等于1934年先后研究铁中加入Al2～6%、Cr7～13%的Fe-Cr-Al合金的物理性能。

在此基础上，制成Fe-Cr-Al型电热合金。

中国于1949年制成上述两种电热合金。

70年代，各国生产和应用电热合金的牌号约30余种，但生产量较大、用途较广的只有少数几种牌号。

Ni-Cr-（Fe）型电热合金这类合金以镍或铁为基体，一般含Cr15～31%，含Ni29～80%，呈奥氏体组织。

例如Cr20Ni30、Cr20Ni80、Cr30Ni70等，最高使用温度依次可达950、1100、1200℃。

合金中如加入微量Ca、Ce、Zr、Ti和Si等元素可改善性能。

这类合金的特点是以氧化铬（Cr2O3）构成表面保护膜,耐蚀性强，高温强度高，成型加工和焊接性能好。

缺点是价格高，并且不宜在含硫气氛中使用。

Fe－Cr－Al型电热合金这类合金以铁为基体，含Cr12～30%，Al4～8%，Cr与Al的适当配比以及添加微量的La、Ce、Y等元素，可获得高性能的电热合金。

例如Cr17Al5、Cr25Al5、Cr28Al8Ti等,最高使用温度依次可达1050、1200、1300℃。

这类合金为铁素体组织，在450℃和700℃左右分别有脆化区,在高温下长期使用,晶粒容易粗化，因而高温抗蠕变性能和室温韧性较低，但电阻率高，抗氧化性良好，且价格便宜，因而应用广泛。

铁铬铝电热合金中的HRE合金最高使用温度可达1400℃，而镍铬电热合金中的Cr20Ni80合金最高使用温度为1200℃。

在大气中相同的较高使用温度下，铁铬铝元件的寿命可为镍铬元件的2-4倍。

由于铁铬铝合金允许使用温度高，寿命长，所以元件表面负荷也可以高一些，这不仅使升温快，也可以节省合金材料。

铁铬铝合金表面上生成的Al2O3氧化膜结构致密，与基体粘着性能好，不易因散落而造成污染。

另外，Al2O3的电阻率高，熔点也高，这些因素决定了Al2O3氧化膜具有优良的抗氧化性。

抗渗碳性能也比镍铬合金表面生成的Cr2O3好。

铁铬铝合金的比重比镍铬合金小，这意味着制作同等的元件时用铁铬铝比用镍铬更省材料。

铁铬铝合金的电阻率比镍铬合金高，在设计元件时就可以选用较大规格的合金材料，这有利于延长元件使用寿命，对于细合金线这点尤为重要。

当选用规格相同的材料时，电阻率愈高愈节省材料，元件在炉内所占的位置也愈小。

另外，铁铬铝合金的电阻率受冷加工和热处理的影响比镍铬合金小。

对含硫气氛及表面受含硫物质污染时铁铬铝有很好的耐蚀性，而镍铬则会受到严重的侵蚀。

铁铬铝由于不含较稀缺的镍，故价格比镍铬便宜得多。

铁铬铝合金的缺点主要是高温强度低，随着温度升高其塑性增大。

在1000℃以上材料往往由于自身重量的作用会慢慢伸长而引起元件变形。

另外，经高温长时间使用，随炉冷却后，随晶粒长大而变脆，不能冷态加以弯曲。

这些缺点在设计和使用上都应加以避免和克服。

镍铬合金由于高温强度比铁铬铝高，高温使用时不易变形，元件的布置选择余地大。

镍铬合金长时间使用后冷却下来也不会变脆，因此，发热元件使用比较可靠，损坏后也便于维修。

充分氧化后的镍铬合金辐射率比铁铬铝合金高，因此，当表面负荷相同的时候，镍铬合金元件的温度要比铁铬铝略低一些。

镍铬合金无磁性（Cr15Ni60在低温下有弱磁性），这对于一些低温下使用的器具更为合适。

铁铬铝合金要在600℃以上才无磁性。

镍铬合金一般比未经氧化的铁铬铝合金耐腐蚀（含硫气氛及某些可控气氛除外）。

电热合金的冶炼应根据合金的化学成分，特别是碳、磷、硫以及为提高合金性能加入的微量元素和对合金纯度的要求，分别采用电弧炉、真空感应炉以及电渣重熔等方法冶炼。

为改善合金的加工性能，在冶炼过程中应加强脱氧，防止铸锭时二次氧化，减少偏析和粗大的柱状结晶组织。

Ni-Cr-（Fe）型合金的热塑性加工应避免在含硫气氛中加热，以防止形成低熔点硫化镍而造成工件的表面裂纹。

合金的冷塑性加工性能良好，每次退火软化处理之后，冷加工变形率可达60～80%。

Fe-Cr-Al型合金在热加工过程中应防止加热温度过高和加热时间过长，以避免晶粒粗化。

热加工终止温度一般不高于850℃。

这类合金的冷加工性能较差，因此在冷加工过程中应及时进行再结晶退火处理，采用均匀变形的工艺方法并加强润滑。

[1]牌号\性能

Cr15Ni60

Cr20Ni80

Cr20Ni35

OCr25A15

Ocr21A16Nb

Ocr27A17Mo2

主

要

化

学

成

份

%

C

不

大

于

0.08

0.10

0.06

0.05

P

0.02

0.03

0.025

S

0.015

Mn

0.60

1.00

0.70

0.20

Si

0.75～1.60

1.00～3.00

≤0.60

Cr

15.00～18.00

20.00～23.00

18.00～21.00

23.00～26.00

21.00～23.00

26.50～27.80

Ni

55.00～61.00

余

34.00～37.00

Al

≤0.50

4.50～6.50

5.00～7.00

6.00～7.00

Mo

/

1.80～2.20

Fe

≤1.00

Nb

0.50

最高使用温度℃

1150

1200

1100

1250

1350

1400

熔点℃

1500

1510

1520

密度g/cm

8.2

8.4

8.0

7.1

电阻率20℃mm/m

1.12±

1.14±

1.05±

1.42±

0.07

1.45±

1.53±

伸长率δ%

>

20

25

12

10

反复弯曲次数

9

6

快速寿命试验℃/小时

1120/100

1175/100

1250/100

1350/50

磁性

非磁性

电热合金主要性能

牌号\性能

钢号

适用温度范围及其主要用途

00Cr12

抗氧化温度600~700℃，用做高温、高压阀体、燃烧器

0Cr13Al

适用温度范围700~800℃，燃汽轮机压缩机叶片

1Cr17

在900℃以下温度抗氧化，用做炉用高温部件、喷嘴

1Cr12

在600~700℃温度范围内具有一定的抗氧化性和较高的高温强度，可用于汽轮机叶片、喷嘴、锅炉燃烧器阀门的高温部件

1Cr13

抗氧化温度700~800℃，其用途与1Cr12钢相同

0Cr18Ni9

1Cr18Ni9Ti

抗氧化温度870℃以下，可用做锅炉受热面管子、加热炉零件、热交换器、马弗炉、转炉、喷嘴

0Cr18Ni10Ti

0Cr18Ni11Nb

在400~900℃温度范围内抗高温腐蚀氧化，可用于工作温度850℃以下的管件

0Cr23Ni13

抗氧化温度直至980℃，用于燃烧器火管、汽轮机叶片，加热炉体，甲烷变换装置，高温分离装置

0Cr25Ni20

抗氧化温度直至1035℃，用于加热炉部件；

工作温度950℃以下的输气系统部件

0Cr17Ni12Mo2

0Cr19Ni13Mo2

抗氧化温度不低于870℃工作温度600~750℃的化工、炼油热交换器管子、炉用管件

0Cr17Ni7Al

工作温度550℃以下的高温承载部件