История сплавов
Название «фехраль» сложено из названий главных элементов, входящих в его состав: Ферум (железо) (Fe) – “фе”, Хром (Cr) – “хр”, Алюминий (Al) – “аль”. Название сплава «нихром» также сложено из названий его основных компонентов: Никель (Ni) – “ни”, хром (Cr) – “хр”, Марганец (Mn) – “ом”.
Первая марка нихрома была разработана в 1905 году А. Маршем – работником американской компании Driver-Harris Company в Соединенных Штатах Америки.
Удельное сопротивление
Удельное электрическое сопротивление определяется как отношение между напряженностью электрического поля внутри металла к плотности тока в нем:
где:
ρ — удельное сопротивление металла (Ом⋅м),
Е — напряженность электрического поля (В/м),
J — величина плотности электрического тока в металле (А/м2)
Если напряженность электрического поля (Е) в металле очень большая, а плотность тока (J) очень маленькая, это означает, что металл имеет высокое удельное сопротивление.
Обратной величиной удельного сопротивления является удельная электропроводность, указывающая, насколько хорошо материал проводит электрический ток:
где:
σ — проводимость материала, выраженная в сименс на метр (См/м).
Что означают показатели удельного сопротивления?
Для того чтобы иметь возможность сравнивать удельное сопротивление различных материалов, от таких изделий, как медь и алюминий, до других металлов и веществ, включая висмут, латунь и даже полупроводники, необходимо использовать стандартное измерение.
Единица измерения удельного сопротивления в Международной системе единиц (СИ) — Ом·м.
Единица измерения удельного сопротивления в системе СИ равна такому удельному сопротивлению вещества, при котором однородный проводник длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 м2, изготовленный из этого вещества, имеет сопротивление, равное 1 Ом. Соответственно, удельное сопротивление произвольного вещества, выраженное в единицах СИ, численно равно сопротивлению участка электрической цепи, выполненного из данного вещества, длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м2
Таблица удельного сопротивления для распространенных проводников
В таблице ниже приведены показатели удельного сопротивления для различных материалов, в частности металлов, используемых для электропроводности.
Показатели удельного сопротивления приведены для таких “популярных” материалов, как медь, алюминий, нихром, сталь, свинец, золото и других.
МатериалУдельное сопротивление, ρ,при 20 °C (Ом·м)Источник
Латунь | ~0.6 – 0.9 x 10-7 | |
Серебро | 1.59×10−8 | |
Медь | 1.68×10−8 | |
Обожжённая медь | 1.72×10−8 | |
Золото | 2.44×10−8 | |
Алюминий | 2.65×10−8 | |
Кальций | 3.36×10−8 | |
Вольфрам | 5.60×10−8 | |
Цинк | 5.90×10−8 | |
Кобальт | 6.24×10−8 | |
Никель | 6.99×10−8 | |
Рутений | 7.10×10−8 | |
Литий | 9.28×10−8 | |
Железо | 9.70×10−8 | |
Платина | 1.06×10−7 | |
Олово | 1.09×10−7 | |
Тантал | 1.3×10−7 | |
Галлий | 1.40×10−7 | |
Ниобий | 1.40×10−7 | |
Углеродистая сталь (1010) | 1.43×10−7 | |
Свинец | 2.20×10−7 | |
Галинстан | 2.89×10−7 | |
Титан | 4.20×10−7 | |
Электротехническая сталь | 4.60×10−7 | |
Манганин (сплав) | 4.82×10−7 | |
Константан (сплав) | 4.90×10−7 | |
Нержавеющая сталь | 6.90×10−7 | |
Ртуть | 9.80×10−7 | |
Марганец | 1.44×10−6 | |
Нихром (сплав) | 1.10×10−6 | |
Углерод (аморфный) | 5×10−4 – 8×10−4 | |
Углерод (графит) параллельно-базальная плоскость | 2.5×10−6 – 5.0×10−6 | |
Углерод (графит) перпендикулярно-базальная плоскость | 3×10−3 | |
Арсенид галлия | 10−3 to 108 | |
Германий | 4.6×10−1 | |
Морская вода | 2.1×10−1 | |
Вода в плавательном бассейне | 3.3×10−1 – 4.0×10−1 | |
Питьевая вода | 2×101 – 2×103 | |
Кремний | 2.3×103 | |
Древесина (влажная) | 103 – 104 | |
Деионизированная вода | 1.8×105 | |
Стекло | 1011 – 1015 | |
Углерод (алмаз) | 1012 | |
Твердая резина | 1013 | |
Воздух | 109 – 1015 | |
Древесина (сухая) | 1014 – 1016 | |
Сера | 1015 | |
Плавленый кварц | 7.5×1017 | |
ПЭТ | 1021 | |
Тефлон | 1023 – 1025 |
Видно, что удельное сопротивление меди и удельное сопротивление латуни оба низкие, и с учетом их стоимости, относительно серебра и золота, они становятся экономически эффективными материалами для использования для многих проводов. Удельное сопротивление меди и простота ее использования привели к тому, что она также используется крайне часто в качестве материала для проводников на печатных платах.
Изредка алюминий и особенно медь используются из-за их низкого удельного сопротивления. Большинство проводов, используемых в наши дни для межсоединений, изготовлены из меди, поскольку она обеспечивает низкий уровень удельного сопротивления при приемлемой стоимости.
Удельное сопротивление золота также важно, поскольку золото используется в некоторых критических областях, несмотря на его стоимость. Часто золотое покрытие встречается на высококачественных слаботочных разъемах, где оно обеспечивает самое низкое сопротивление контактов. Золотое покрытие очень тонкое, но даже в этом случае оно способно обеспечить требуемые характеристики разъемов.
Серебро имеет очень низкий уровень удельного сопротивления, но оно не так широко используется из-за его стоимости и из-за того, что оно тускнеет, что может привести к более высокому сопротивлению контактов.
Однако оно используется в некоторых катушках для радиопередатчиков, где низкое удельное электрическое сопротивление серебра снижает потери. При использовании в таких целях серебро обычно наносилось только на существующий медный провод. Покрытие провода серебром позволило значительно снизить затраты по сравнению с цельным серебряным проводом без существенного снижения производительности.
Другие материалы в таблице удельного электрического сопротивления могут не иметь такого очевидного применения. Тантал фигурирует в таблице, поскольку используется в конденсаторах – никель и палладий используются в торцевых соединениях многих компонентов поверхностного монтажа, таких как конденсаторы.
Кварц находит свое основное применение в качестве пьезоэлектрического резонансного элемента. Кварцевые кристаллы используются в качестве частотоопределяющих элементов во многих осцилляторах, где высокое значение Q позволяет создавать очень стабильные по частоте схемы. Аналогичным образом они используются в высокоэффективных фильтрах. Кварц имеет очень высокий уровень удельного сопротивления и не является хорошим проводником электричества, то есть его относят к категории диэлектрикам.
Свойства резистивных материалов
Удельное сопротивление металла зависит от температуры. Их значения приводится, как правило, для комнатной температуры (20°С). Изменение удельного сопротивления в результате изменения температуры характеризуется температурным коэффициентом.
Например, в термисторах (терморезисторах) это свойство используется для измерения температуры. С другой стороны, в точной электронике, это довольно нежелательный эффект.
Металлопленочные резисторы имеют отличные свойства температурной стабильности. Это достигается не только за счет низкого удельного сопротивления материала, но и за счет механической конструкции самого резистора.
Много различных материалов и сплавов используются в производстве резисторов. Нихром (сплав никеля и хрома), из-за его высокого удельного сопротивления и устойчивости к окислению при высоких температурах, часто используют в качестве материала для изготовления проволочных резисторов. Недостатком его является то, что его невозможно паять. Константан, еще один популярный материал, легко паяется и имеет более низкий температурный коэффициент.
Основные сведения и марки нихрома
Нихромом называют сплав никеля и хрома с добавками марганца, кремния, железа, алюминия. У этого материала параметры зависят от конкретного соотношения веществ в сплаве, но в среднем лежат в пределах:
- удельное электрическое сопротивление — 1,05-1,4 Ом*мм 2 /м (в зависимости от марки сплава);
- температурный коэффициент сопротивления — (0,1-0,25)·10 −3 К −1 ;
- рабочая температура — 1100 °C;
- температура плавления — 1400°C;
В таблицах удельное сопротивление часто приводится в мкОм*м (или 10 -6 Ом*м) – численно значения те же, разница в размерности.
В настоящее время есть две самых распространённых марки нихромовой проволоки:
- Х20Н80. Состоит на 74% из никеля и на 23% хрома, а также по 1% железа, кремния и марганца. Проводники этой марки можно использовать при температуре до 1250 ᵒ С, температура плавления – 1400 ᵒ С. Также он отличается повышенным электросопротивлением. Сплав применяют для изготовления элементов нагревательных приборов. Удельное сопротивление – 1,03-1,18 мкОм·м;
- Х15Н60. Состав: 60% никеля, 25% железа, 15% хрома. Рабочая температура не более 1150 ᵒ С. Температура плавления – 1390 ᵒ С. Содержит больше железа, что повышает магнитные свойства сплава и увеличивает его антикоррозийную устойчивость.
Более подробно о марках и свойствах этих сплавов вы узнаете из ГОСТ 10994-74, ГОСТ 8803-89, ГОСТ 12766.1-90 и других.
Как уже было сказано, нихромовая проволока применяется повсеместно где нужны нагревательные элементы. Высокое удельное сопротивление и температура плавления позволяют использовать нихром в качестве основы для разных нагревательных элементов, начиная от чайника или фена, заканчивая муфельной печью.
Удельное сопротивление нихрома, его температура плавления и применения
В таблице представлено удельное электрическое сопротивление нихрома в зависимости от температуры в интервале от 20 до 1200°С. Удельное сопротивление нихрома указано в размерности мкОм·м. Например, при температуре 900°С нихром Х20Н80-Н имеет удельное электрическое сопротивление, равное 1,149 микро Ом·м (или 1,149·10-6 Ом·м).
С ростом температуры удельное сопротивление нихрома увеличивается. В процессе нагрева увеличение сопротивления нихрома от температуры может составлять 7…11% в интервале 20…1200°С. Однако, прямая линейная зависимость удельного сопротивления от температуры характерна только для ферронихрома Х15Н60, содержащего большое количество железа.
Сплавы Ni-Cr с низким содержанием железа имеют иной характер зависимости сопротивления от температуры: нихром Х20Н80 показывает снижение величины удельного сопротивления в диапазоне от 500 до 900°С; удельное сопротивление нихрома марки Nikrothal 80 не зависит от температуры в интервале 400…900°С.
Удельное сопротивление нихрома (мкОм·м) в зависимости от температуры
Температура, °C | Х15Н60 | Х20Н80-Н | Nikrothal 80 |
20 | 1,12 | 1,13 | 1,09 |
100 | 1,135 | 1,137 | 1,101 |
200 | 1,152 | 1,147 | 1,112 |
300 | 1,172 | 1,155 | 1,123 |
400 | 1,189 | 1,163 | 1,134 |
500 | 1,203 | 1,166 | 1,134 |
600 | 1,213 | 1,156 | 1,134 |
700 | 1,213 | 1,148 | 1,134 |
800 | 1,22 | 1,147 | 1,134 |
900 | 1,229 | 1,149 | 1,134 |
1000 | 1,238 | 1,158 | 1,145 |
1100 | 1,248 | 1,167 | 1,155 |
1200 | — | 1,175 | 1,166 |
Температура плавления нихрома составляет 1400°С. Ферронихром Х15Н60 имеет чуть более низкую температуру плавления. Максимальная рабочая температура рассмотренных сплавов имеет значение 1125…1200°С.
Основное назначение нихрома — применение в виде ленты и проволоки для электрических нагревателей. Необходимо отметить, что максимальная температура применения нихромовой проволоки существенно зависит от ее диаметра. Например, согласно ГОСТ 12766.1-90, для проволоки Х20Н80-Н диаметром 0,2 мм максимальная рабочая температура на воздухе составляет всего 950°С. При увеличении диаметра такой проволоки до 1 мм ее рабочая температура может достигать 1100°С.
Состав нихрома, его температура плавления и максимальная рабочая температура
Марка нихрома | Состав | tпл, °C | tраб, °C |
Х15Н60 | 55-61% Ni, 15-18% Cr, остальное Fe | 1390 | 1125 |
Х20Н80-Н | Основной Ni, 20-23% Cr, Fe не более 1% | 1400 | 1200 |
Nikrothal 80 | Основной Ni, 19-21% Cr, Fe не более 2% | 1400 | 1200 |
Сопротивление нихромовой проволоки
Номинальное значение сопротивления нихромовой проволоки
Диаметр проволоки, мм | Допуск | Масса 1 м Х20Н80, | Номинальное значениеэлектрического сопротивления 1 метра проволоки, Ом | ||
+мм | грамм | Х20Н80 | Х15Н60 | Х23Ю5Т | |
ГОСТ 8803-89 | |||||
0,01 | не | 16000 | не изгот. | не изгот. | |
0,01 | норми- | 13000 | не изгот. | не изгот. | |
0,01 | руется | 10700 | не изгот. | не изгот. | |
0,01 | 9020 | не изгот. | не изгот. | ||
0,01 | 6630 | не изгот. | не изгот. | ||
0,02 | 5070 | не изгот. | не изгот. | ||
0,02 | 4010 | не изгот. | не изгот. | ||
0,02 | 3340 | не изгот. | не изгот. | ||
0,02 | 2760 | не изгот. | не изгот. | ||
0,03 | 2180 | не изгот. | не изгот. | ||
0,03 | 0,01 | 1510 | не изгот. | не изгот. | |
0,04 | 0,01 | 1050 | не изгот. | не изгот. | |
0,04 | 0,01 | 852 | не изгот. | не изгот. | |
0,05 | 0,02 | 546 | не изгот. | не изгот. | |
0,06 | 0,01 | 0,02 | 379 | не изгот. | не изгот. |
0,07 | 0,03 | 279 | не изгот. | не изгот. | |
0,08 | 0,04 | 214 | не изгот. | не изгот. | |
0,09 | 0,05 | 169 | не изгот. | не изгот. | |
0,1 | 0,01 | 0,07 | 137 | 139 | не изгот. |
0,11 | 0,08 | 113 | 115 | не изгот. | |
0,12 | 0,1 | 95,1 | 96,6 | не изгот. | |
0,14 | 0,13 | 70,2 | 71,3 | не изгот. | |
0,15 | 0,15 | 61,1 | 62,2 | не изгот. | |
0,16 | 0,17 | 53,8 | 54,7 | не изгот. | |
0,18 | 0,21 | 42,5 | 43,3 | не изгот. | |
0,2 | 0,26 | 34,6 | 53,2 | не изгот. | |
0,22 | 0,32 | 28,7 | 29,1 | не изгот. | |
0,25 | 0,41 | 22,2 | 22,6 | не изгот. | |
0,28 | 0,51 | 17,7 | 18,1 | не изгот. | |
0,3 | 0,59 | 15,4 | 15,8 | не изгот. | |
0,32 | 0,67 | 13,7 | 13,9 | не изгот. | |
0,34 | 0,75 | 12,1 | 12,3 | не изгот. | |
0,36 | 0,85 | 10,8 | 11 | не изгот. | |
0,4 | 1,05 | 8,8 | 8,9 | не изгот. | |
ГОСТ 12766.1-90 | |||||
Диаметр, | Доп. | Масса | Х20Н80-Н | Х15Н60 | Х23Ю5Т |
мм | +, mm | 1 м, гр. | Х15Н60-Н | ||
0,1 | 0,01 | 0,07 | 138 | 141 | не изгот. |
0,11 | 0,07 | 126 | 129 | не изгот. | |
0,11 | 0,08 | 114 | 117 | не изгот. | |
0,12 | 0,09 | 104 | 107 | не изгот. | |
0,12 | 0,1 | 95,6 | 98,2 | не изгот. | |
0,13 | 0,11 | 81,2 | 83,5 | не изгот. | |
0,14 | 0,13 | 70,1 | 72,1 | не изгот. | |
0,15 | 0,15 | 61 | 62,7 | не изгот. | |
0,16 | 0,17 | 53,7 | 55,2 | не изгот. | |
0,17 | 0,19 | 47,6 | 48,9 | не изгот. | |
0,18 | 0,21 | 42,5 | 43,7 | не изгот. | |
0,19 | 0,24 | 38 | 39,1 | не изгот. | |
0,2 | 0,26 | 34,4 | 35,4 | не изгот. | |
0,21 | 0,29 | 31,2 | 32,1 | не изгот. | |
0,22 | 0,32 | 28,4 | 29,2 | не изгот. | |
0,24 | 0,38 | 23,9 | 24,6 | не изгот. | |
0,25 | 0,41 | 22 | 22,6 | не изгот. | |
0,28 | 0,51 | 17,5 | 18 | не изгот. | |
0,3 | 0,59 | 15,3 | 15,7 | 19,7 | |
0,32 | 0,67 | 13,4 | 13,8 | 17,3 | |
0,34 | 0,75 | 11,9 | 12,2 | 15,3 | |
0,36 | 0,85 | 10,6 | 10,9 | 13,6 | |
0,38 | 0,94 | 9,56 | 9,82 | 12,3 | |
0,4 | 1,05 | 8,57 | 8,81 | 11 | |
0,42 | 1,15 | 7,77 | 7,99 | 10 | |
0,45 | 1,32 | 6,79 | 6,98 | 8,74 | |
0,48 | 1,5 | 5,97 | 6,13 | 7,68 | |
0,5 | 1,63 | 5,54 | 5,66 | 7,09 | |
0,53 | 1,83 | 4,98 | 5,02 | 6,29 | |
0,56 | 2,04 | 4,47 | 4,51 | 5,65 | |
0,6 | 2,35 | 3,89 | 3,92 | 4,91 | |
0,63 | 0,02 | 2,59 | 3,53 | 3,56 | 4,46 |
0,67 | 2,93 | 3,12 | 3,14 | 3,94 | |
0,7 | 3,2 | 2,86 | 2,88 | 3,61 | |
0,75 | 3,67 | 2,49 | 2,51 | 3,14 | |
0,8 | 4,17 | 2,19 | 2,21 | 2,76 | |
0,85 | 4,71 | 1,94 | 1,96 | 2,45 | |
0,9 | 5,28 | 1,73 | 1,75 | 2,39 | |
0,95 | 5,88 | 1,55 | 1,57 | 1,96 | |
1 | 6,52 | 1,4 | 1,41 | 1,77 | |
1,06 | 7,32 | 1,25 | 1,26 | 1,58 | |
1,1 | 7,89 | 1,16 | 1,17 | 1,46 | |
1,15 | 8,63 | 1,06 | 1,07 | 1,34 | |
1,2 | 9,38 | 0,97 | 0,98 | 1,23 | |
1,3 | 11,04 | 0,83 | 0,84 | 1,05 | |
1,4 | 12,78 | 0,71 | 0,72 | 0,9 | |
1,5 | 14,69 | 0,62 | 0,63 | 0,79 | |
1,6 | 16,68 | 0,55 | 0,52 | 0,69 | |
1,7 | 18,84 | 0,49 | 0,49 | 0,61 | |
1,8 | 21,08 | 0,43 | 0,44 | 0,55 | |
1,9 | 23,57 | 0,39 | 0,39 | 0,49 | |
2 | 26,06 | 0,35 | 0,35 | 0,44 | |
2,1 | 28,72 | 0,32 | 0,32 | 0,4 | |
2,2 | 31,54 | 0,29 | 0,29 | 0,37 | |
2,4 | 37,52 | 0,24 | 0,25 | 0,31 | |
2,5 | 40,75 | 0,22 | 0,23 | 0,28 | |
2,6 | 44,07 | 0,21 | 0,21 | 0,26 | |
2,8 | 51,13 | 0,18 | 0,18 | 0,23 | |
3 | 58,68 | 0,16 | 0,16 | 0,2 | |
3,2 | 0,02 | 66,73 | 0,14 | 0,14 | 0,17 |
3,4 | 75,36 | 0,12 | 0,12 | 0,15 | |
3,6 | 84,66 | 0,11 | 0,14 | 0,14 | |
3,8 | 93,79 | 0,1 | 0,1 | 0,12 | |
4 | 104,58 | 0,09 | 0,09 | 0,11 | |
4,2 | 114,54 | 0,08 | 0,08 | 0,1 | |
4,5 | 131,97 | 0,07 | 0,07 | 0,09 | |
4,8 | 150,23 | 0,06 | 0,06 | 0,07 | |
5 | 162,68 | 0,06 | 0,06 | 0,07 | |
5,3 | 183,43 | 0,05 | 0,05 | 0,06 | |
5,6 | 204,18 | 0,05 | 0,05 | 0,06 | |
6 | 238,25 | 0,04 | 0,04 | 0,05 | |
6,1 | 0,05 | 242,36 | 0,04 | 0,04 | 0,05 |
6,3 | 258,96 | 0,04 | 0,04 | 0,04 | |
6,7 | 292,16 | 0,03 | 0,03 | 0,04 | |
7 | 319,55 | 0,03 | 0,03 | 0,04 | |
7,5 | 366,86 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | |
ГОСТ 12766.3-90 | |||||
Диаметр, | Доп. | Масса | Х20Н80-Н | Х15Н60-Н | Х23Ю5Т |
мм | +, mm | 1 м, гр. | |||
6 | 0,08 | 239,8 | не изгот. | не изгот. | 0,05 |
6,1 | 245,36 | не изгот. | не изгот. | 0,05 | |
6,3 | 258,96 | не изгот. | не изгот. | 0,45 | |
6,5 | 278,6 | не изгот. | не изгот. | 0,04 | |
6,7 | 292,16 | не изгот. | не изгот. | 0,04 | |
6,9 | 313,94 | не изгот. | не изгот. | 0,04 | |
7 | 319,55 | не изгот. | не изгот. | 0,04 | |
7,1 | 332,4 | не изгот. | не изгот. | 0,04 | |
7,3 | 351,39 | не изгот. | не изгот. | 0,03 | |
7,5 | 366,86 | не изгот. | не изгот. | 0,03 | |
7,8 | 401,18 | не изгот. | не изгот. | 0,03 | |
8 | 422,02 | 0,02 | 0,02 | 0,03 | |
8,2 | 476,42 | 0,02 | 0,02 | 0,03 | |
8,5 | 476,42 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | |
8,8 | 510,64 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | |
9 | 534,11 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | |
9,2 | 558,12 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | |
9,5 | 595,11 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | |
9,8 | 633,29 | 0,02 | 0,01 | 0,02 | |
10 | 659,4 | 0,01 | 0,01 | 0,02 | |
ГОСТ 12766.4-90 | |||||
Диаметр, | Доп. | Масса | Х20Н80-Н | Х15Н60-Н | Х23Ю5Т |
мм | +, mm | 1 м, гр. | |||
8 | 0,09 | 422,02 | 0,0207-0,0263 | 0,0207-0,0263 | 0,0250-0,0318 |
9 | 534,11 | 0,0163-0,0207 | 0,0163-0,0207 | 0,0196-0,0250 | |
10 | 659,4 | 0,0132-0,0168 | 0,0132-0,0168 | 0,0158-0,0203 | |
11 | 797,87 | 0,0110-0,0140 | 0,0110-0,0140 | 0,0131-0,0157 | |
12 | 949,54 | 0,0090-0,0110 | 0,0090-0,0110 | 0,0110-0,0140 |
Удельное значение электрического сопротивления
Марка | Удельное значение электрического сопротивления, мкОм·м |
Х20Н80 (Х20Н80-Н) | 1,08-1,13 |
Х15Н60 (Х10Н60-Н) | 1,11-1,12 |
Х15Ю5 | 1,29 |
Х23Ю5 | 1,35 |
Х23Ю5Т | 1,39 |
Х27Ю5Т | 1,42 |
ХН20ЮС | 1,02 |
ХН70Ю-Н | 1,3 |
Обрашаем Ваше внимание на то, что в формуле расчета электронагревательных элементов используем номинальное значение электрического сопротивления нихромовой проволоки из верхней таблицы. По удельному значению электрического сопротивления так-же можно производить расчеты, но методика расчета другая. С нашей точки зрения мы предложили самый быстрый и точный метод расчета используя номинальное значение электрического сопротивления нихромовой проволоки.
Состав и структура железа
Железо – типичный металл, причем химически активный. Вещество вступает в реакцию при нормальной температуре, а нагрев или повышение влажности значительно увеличивают его реакционноспособность. Железо корродирует на воздухе, горит в атмосфере чистого кислорода, а в виде мелкой пыли способно воспламениться и на воздухе.
Чистому железу присуща ковкость, однако в таком виде металл встречается очень редко. На деле под железом подразумевают сплав с небольшими долями примесей – до 0,8%, которому присущи мягкость и ковкость чистого вещества. Значение для народного хозяйства имеет сплавы с углеродом – сталь, чугун, нержавеющая сталь.
Железу присущ полиморфизм: выделяют целых 4 модификации, отличающиеся структурой и параметрами решетки:
- α-Fe – существует от нуля до +769 С. Имеет объемно-центрированную кубическую решетку и является ферромагнетиком, то есть, сохраняет намагниченность в отсутствие внешнего магнитного поля. +769 С – точки Кюри для металла;
- от +769 до +917 С появляется β-Fe. От α-фазы она отличается лишь параметрами решетки. Практически все физические свойства при этом сохраняются за исключением магнитных: железо становится парамагнетиком, то есть, способность намагничиваться оно утрачивает и втягивается в магнитное поле. Металловедение β-фазу как отдельную модификацию не рассматривает. Поскольку переход не влияет на значимые физические характеристики;
- в диапазоне от 917 до 1394 С существует γ-модификация, которой присуща гранецентрированная кубическая решетка;
- при температуре выше +1394 С появляется δ-фаза, для которой характерна объемно-центрированная кубическая решетка.
При высоком давлении, а также при легировании металла некоторыми добавками образуется ε- фаза с гексагонической плотноупакованной решеткой.
Температура фазовых переходов заметно изменяется при легировании тем же углеродом. Собственно, сама способность железа образовать столько модификаций служит основой обработки стали в разных температурных режимах. Без таких переходов металл не получил бы столь широкого распространения.
Сфера применения фехраля и нихрома
Нихром считается очень даже прочным сплавом. Это сыграло большую роль для изготовления разного диаметра спиралей и проволок. А также из нихрома изготавливают прутки, нихромовые нити, ленты, листы, полосы.
Благодаря высокой жаростойкости, допустимо использовать нихромовые сплавы в производстве нагревательных приборов.
Нихром сохраняет свои ключевые физические свойства даже при сильных колебаниях температуры, что дает возможность применять сплав достаточно широко.
Из нихрома и фехраля изготовляют трубчатые элементы нагревания. Работать с этими сплавами можно при предельной температуре 1400 °С и 1500 °С соответственно. Поэтому эти сплавы можно применять при производстве элементов реостатов и проволочных резисторов.
Фехраль и нихром применяют в похожих сферах, несмотря на их разный состав и отличительные характеристики.
Предыдущая