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)電熱元件工作環境的影響

電熱元件在高溫下同環境介質的組元會發生物理化學反映,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.

                                 

 

合金制煉方法及其性能

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1000攝氏度 1200攝氏度	1.03 1.04 1.04	1.05 1.06 1.06