限制電熱合金最高使用溫度的因素
電熱合金的最高使用溫度是一個受到多種因素限制的參素.這些因素包括:合金的化學成份,電熱元件的形狀和尺寸,電熱合金材料尺寸.使用的環(huán)境條件,電熱元件的表面功率負荷等.因此,在確定電熱元件的最高使用溫度時必須兼顧這些因素,綜合分析平衡之后加以確定.
<一>電熱合金化學成份的影響
合金成份對最高使用溫度的影響是間接的,它主要表現(xiàn)在對合金的高溫強度,抗氧化性能和腐蝕性能等三方面的影響,這些因素對最高使用溫度產生直接影響.
合金的高溫強度越高,抗氧化性能和抗腐蝕性能愈好,則合金可以在更高的溫度下使用.
在電熱合金中.除主要的合金元素鎳,鉻,鋁.硅外,鈷,釔,鑭.鈰等元素對最高使用溫度具有顯著的作用,它們主要用于超高溫級的鐵鉻鋁系合金.鈷是可提高合金的高溫持久強度和高溫蠕變強度.釔,鑭.鈰是可提高抗氧化性能,這些特殊元素的加入量在0.5%~2.5%,其中釔,鑭.鈰加入量一般不超過1.0%.
(二)電熱合金材料規(guī)格尺寸的影響
電熱元件是由不同尺寸的線材和帶材加工制造的,所用材料的尺寸同最高使用溫度有密切的關系.
首先.電熱元件在高溫工作時,必須具備能承受自身重量所引起的變形.不同規(guī)格尺寸的材料其單位長度的重量差別很大,電熱元件單位的橫斷面面積上承受的應力是與材料的規(guī)格尺寸有直接的關系.因此,相同成份的合金帶材可以承受更高的工作溫度.
其次,不同尺寸的材料的相對氧化速率不同,單位重量材料的比表面積值越大,其氧化速率就越高,因此,材料規(guī)格尺寸越小其氧化速率就越高,承受的最高使用溫度相應低一些.
綜合上述倆種原因,電熱元件的最高使用溫度與合金材料的尺寸成正比例,.即線材的直徑越大,其最高使用溫度就越高,帶材異同.
(三)電熱元件的幾何尺寸的影響
制造電熱元件一般采用線材和帶材,特種電熱元件使用直條.
線材可繞制成螺旋形的電熱元件.為了防止電熱元件在高溫工作過程變形或倒塌,要求螺旋形的直徑(D)和線材的直徑(d)有一般的配合比例..不同工作溫度應有合理的D/d值.
螺旋形電熱元件的最高使用溫度同D/d值成反比例,即隨D/d值增大最高使用溫度下降.否則,由于螺旋直徑太小.有可能在纏繞過程中線材表面產生裂紋,從而縮短了使用壽命.因此,在設計螺旋形元件時要根據(jù)最高使用溫度來選擇合理的D/d值.這是一項重要工作.
帶材和扁絲多用于制造電爐和家用電器的電熱元件.帶材的最高使用溫度同其形狀的關系甚為密切.附圖(波形元件的波形高(H)和帶厚度(b)同最高使用溫度的關系
帶材元件幾何尺寸同最高使用溫度
| 最高使用溫度/0c | 波形高度/mm | 帶材厚度/mm |
| 1000 | 250以下 | 2.0以上 |
| 1100 | 200以下 | 2.3以上 |
| 1200 | 150以下 | 2.6以上 |
| 1300 | 120以下 | 2.9以上 |
從上圖可以看出,(適用用于設計工業(yè)電爐的電熱元件)使用溫度越高,帶狀元件的波形高度就越低,帶材厚度隨之增大.這樣可以減少元件的高溫蠕變變形量.保持較長的壽命,
小規(guī)格帶材(又稱扁絲)大量用于家用電器的的電熱元件.這部分元件的使用溫度比較低,一般在850攝氏度以下,小規(guī)格帶材都是纏繞在耐熱絕緣支架上,因此,都具有較長的使用壽命.其幾何尺寸同最高使用溫度間關系并不十分密切,而且,實際使用溫度遠低于合金材料的最高使用溫度.
(四)電熱元件工作環(huán)境的影響
電熱元件在高溫下同環(huán)境介質的組元會發(fā)生物理化學反映,元件表面受到侵蝕,從而降低其使用壽命.這些侵蝕作用隨溫度的升高而加快.由于不同環(huán)境介質對電熱元件的侵蝕作用各異.應針對電熱元件的工作介質提出相應的使用溫度.
(五)電熱元件表面負荷的影響
表面負荷是指電熱元件的單位表面積所擔負的電功率值(W.cm-2).電熱元件的最高使用溫度同表面負荷成反比例.
(六)合金制煉方法的影響
在現(xiàn)有鐵鉻鋁合金的基礎上,用熔化法冶煉含AL>7.5%,Cr>27%(0Cr27Al7M02)是極其困難的
用粉末冶金方法獲得的合金坯料,再加工生產鐵鉻鋁線材,帶材工藝,可以制得含鋁.鉻較低而使用溫度更高的合金,相同成份的合金,采用這種工藝生產的電熱合金具有更高的使用溫度.它的顯著特點是:具有優(yōu)異的高溫蠕變強度和高溫抗彎曲變形性能.電熱元件在高溫下保持原有的形狀,延長了使用壽命,提高了使用溫度.
| 合金性能 | 不同制煉方法生產合金的性能 | 說明 | |
| 粉末冶金 | 熔化冶金 | ||
| 化學成份/% |
Cr 23.0 Al 6.0 Fe余量 |
Cr 23.0 Al 6.0 Fe余量 |
粉末法合金中加入少量的稀土元素 |
|
高溫彎曲撓度/mm 1200攝氏度 1300攝氏度 1400攝氏度 |
1.5 1.5 2.5 |
6.0 22.0 >40.0 |
試樣:直徑6.2mm水平支點距離200mm保持時間50h |
|
蠕變強度/N.mm-2 800攝氏度 1000攝氏度 1100攝氏度 |
13.0 1.8 0.8 |
8.0 1.5 ----- |
1000h.伸長1%時的應力 |
| 高溫脆性&/% | 4.9 | 1.5 | 1300攝氏度,5h加熱后的室溫延伸率 |
| 熔點/oC | 1500 | 1500 | |
| 最高使用溫度/0C | 1420 | 1350 | |
| 密度/g.cm-3 | 7.1 | 7.1 | |
| 電阻率/u毆姆.m | 1.45 | 1.40 | |
|
電阻溫度800攝氏度 修正系數(shù)1000攝氏度 1200攝氏度 |
1.03 1.04 1.04 |
1.05 1.06 1.06 |
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