ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные предпосылки создания сплавов из "Сплавы для нагревателей" Жаростойкость является наиболее важным параметром, предопределяющим эксш1уатационную стойкость нагревателей. Жаростойкостью называется способность металла сопротивляться коррозионному воздействию газов при высоких температурах (ГОСТ 5272 - 68. Коррозия металлов. Термины). Под металлом здесь и далее будем понимать металл или металлический сплав. [c.6] По жаростойкости к сплавам для нагревателей предъявляются более жесткие требования, чем к конструкционным сталям и сплавам необходима более высокая рабочая температура — до МОО С и более, равномерное по глубине окисление. При эксплуатации конструкционных элементов неравномерность окисления нежелательна, но во многих случаях допустима. При эксплуатации нагревательных элементов неравномерность окисления приводит к неоднородности электросопротивления и локальным перегревам и непрерывному самоускорению процесса окисления на отдельных участках нагревателя. [c.6] Расчетные значения характеристик жаростойкости, применяемых для оценки конструкционных материалов, не выявляют степень отрицательного влияния неоднородности окисления на срок службы нагревателей. Поэтому применительно к нагревателям разработаны специальные методы оценки стойкости путем нагрева образцов электрическим током. Этот вопрос подробно рассмотрен в гл. П1 и IV. [c.6] Величина удельного электрического сопротивлешя р обусловливает возможность сосредоточить большую тепловую мощность в малом объеме металла. Чем выше удельное электрическое сопротавлеше материала, тем в меньшем отрезке нагревателя можно выделить требуемую тепловую энергию. Практика показывает, что эта зависимость не всегда легко воспринимается. При беглом анализе часто приходят к ошибочному выводу. При этом обычно рассуждают следующим образом если подсоединить к источнику напряжения одинаковые по размерам отрезки проволоки из меди ( р 0,01 мкОм м) и нихрома ( р 1,0 мкОм м), то при одинаковом напряжении и через медную проволоку пойдет больший ток /( / = и К, где К - электрическое сопротивление отрезка проволоки). Таким образом, в медной проволоке выделится больше тепла и, следовательно, в материале с низким р, при прочих равных условиях, легче получить большее выделение тепловой энергии. Вывод диаметрально противоположен выше изложенному, ошибка в неправильных исходных данных и условиях задачи. При проектировании электронагревательного устройства необходимо выбрать тепловую мощность Р = = /К. Тогда, при определенном значении Я и при одинаковом сечении провод с большим р будем короче, т.е. заданная тепловая мощность будет выделяться в меньшем объеме нагревателя. [c.7] Таким образом,высокое значение удельного электрического сопротивления позволяет, при желании или необходимости, сосредоточить заданную тепловую мощность в малом объеме и дает возможность экономить количество потребляемого металла (табл. 1). [c.7] Примечание В скобках указан температурный интервал определения а, °С. [c.7] Температурный коэффициент электрического сопротивления (т.к.с.) характеризует степень изменения сопротивления материала с ростом температуры в соответствии с формулой. Л, — Лм (1 а/ At), где - электрическое сопротивление мат иапа при комнатной температуре- Д Г - перепад температур (( - 20)°С. У металлов и сплавов значения Т.К.С. сильно различаются (см. табл. 1). Для массовой электротермии допустимое изменение электросопротивления нагревателей в процессе эксплуатации желательно иметь не более 20 %. Тогда, согласно приведенной формуле, допустимая величина температурного коэффициента получается не более 2 Ю К . Более высокие значения т.к.с. обусловливают сильный пусковой толчок тока при включении холодной печи. [c.8] При расчете электропечей принято пользоваться величинои Л,/Лго, которую называют поправочным коэффициентом изменения электрического сопротивления в зависимости от температуры. В технической документации (каталогах, технических условиях, стандартах) на сплавы для нагревателей обычно приводят значения поправочного коэффициента сопротивления (см. гл. V). Это связано с тем, что пользоваться поправочным коэффициентом удобнее, так как температурная зависимость сопротивления электронагревательных сплавов имеет сложный характер (рис. 76), и ее трудно выразить с помощью т.к.с. [c.8] Сш1авы должны обрабатываться как в горячем, так и в холодном состоянии. Уровень пластичности должен быть достаточным, чтобы обеспечить возможность получения в промышленных услониях проволоки и ленты различных сечений. Весьма важно, чтобы потребители могли изготавливать нагреватели любой произвольной формы. В этом заключается одно из главных их преимуществ перед неметаллическими нагревателями. Из проволоки и ленты малых сечсний, благодаря высокой пластичности, м но изготавливать всевозможные электронагревательные устройства миниатюрных размеров. Таковы основные требования, которые учитывают при разработке сплавов. [c.8] При эксплуатации нагревателей высокая жаростойкость является более важным свойством, чем высокое электрическое сопротивление. Чтобы определить факторы, обусловливающие высокую жаростойкость сплавов, необходимо, на основании имеющихся данных, проанализировать вначале общую физическую картину процесса окисления, рассмотреть основные стадии окисления и оценить значимость каждой из них. [c.9] Окисление металлов в газовых средах (газовая коррозия) относится к наиболее распространеннрму в практике виду химической коррозии. Газовая коррозия сплавов представляет сложный и многостадийный кристаллохимический процесс, который изучен еще недостаточно. Круг вопросов, характеризующих этот процесс, настолько широк и многообразен, что вся проблема окисления пока делится на составные части адсорбция, зародышеобразование, образование тонких окисных пленок, рост толстых окисных слоев (окалины), адгезия, диффузионная проницаемость окислов, пластичность окалины и т.д. [c.9] Все научные исследования направлены к расшифровке механизма окисления на атомарном уровне. В этой связи наиболее ясной представляется начальная стадия взаимодействия металла с кислородом — адсорбция. В литературе в настоящее время встречаются разные определения адсорбции. Для рассматриваемого случая пригодно одно из последних универсальных определений адсорбция - концентрирование (сгущение) какого - либо вещества в пограничном слое у поверхности раздела двух фаз. [c.9] Экспериментально установлены два вида адсорбции физическая (молекулярная, Ван-дер-Ваальсова) и химическая (хемосорбция или хемисорб-ция). Физическая адсорбция состоит в закреплении молекул кислорода (в общем случае любого окислителя на поверхности металла, которое осуществляется за счет сил Ван-дер-Ваальса. Притяжение молекул кислорода объясняют тем, что поверхностные атомы металла, в отличие от расположенных внутри, находятся в неуравновешенном поле сил и поэтому проявляют тенденцию обрести недостающую связь с любым веществом вне твердого тела. [c.9] Физическая адсорбция в чистом виде имеет место только в условиях термодинамической неустойчивости окисла металла, когда давление окислителя ниже давления диссоциации окисла. Для благородных металлов это условие выполняется при обычных температурах в атмосфере воздуха, для неблагородных металлов эти условия можно создать искусственно в специальных средах (например, в атмосфере водорода). [c.9] Образование адсорбированной пленки по всей поверхности достигается тем легче, чем выше давление кислорода и ниже температура. Для данной температуры существует понятие насыщающего давления, при котором происходит образование мономолекулярной пленки адсорбируемого вещества (адсорбата) по всей поверхности. Установлено, что при низких температурах и давлениях выше насыщающего на поверхности металла закрепляется несколько молекулярных слоев кислорода. Сцепление этих слоев обеспечивается силами Ван-дер-Ваальса, которые способны распространяться от одного слоя молекул к другому. Калориметрические измерения показали, что тепловой эффект физической адсорбции невелик и составляет 20 - 40 кДж/моль. [c.10] Для неблагородных металлов физическая адсорбция быстро переходит в химическую. Химическую адсорбцию отличают от физической по ряду признаков. Основной из них — это большой тепловой эффект (85 420 кДж/моль), величина которого, соизмеримая с тепловым эффектом образования окислов, явно указывает на ионный характер связи. Наряду с этим имеются косвенные доказательства химической связи, проявляющиеся в заметном изменении ряда физических свойств в уменьшении электронной эмиссии, увеличении контактного потенциала, повышении порога фотоэлектрической чувствительности и др. [c.10] Совокупность экспериментальных данных приводит к модельному представлению хемисорбции в виде монослоя диссоциированных атомов кислорода, каждый из которых забирает у поверхностных металлических атомов по два электрона, в результате чего образуется двойной электрический слой, отрицательная поверхность которого направлена в сторону атмосферы. [c.10] Оценить влияние физической адсорбции на развитие хемисорбции сложно. Более того,для металлов со значительным сродством к кислороду в условиях термодинамической стабильности окисла есть основания считать вероятным мгновенное образование химической связи, минуя стадию физической адсорбции. Экспериментально установлено, что при очень низких температурах возможно сосуществование химической и физической адсорбции. В этом случае на хемисорбированном слое закрепляется молекулярный кислород. Для указанных металлов железо, никель и интересующие нас сплавы на их основе) происходит,кроме того, быстрый переход от хемисорбции к образованию первичной окисной пленки. [c.10] Этот переход связан с перестройкой ионов кислорода и металла, в результате которой пространственное распределение ионов приближается к тому, которое характерно для окисла, т.е. сопровождается увеличением симметрии связей металл - кислород. [c.11] У алюминия окисная пленка толщиной 1,0 - 1,5 нм образуется за несколько минут, а дальнейший рост ее до толщины 40 — 45 нм продолжается 40 - 90 дней. [c.11] Вернуться к основной статье