Константан — термостабильный сплав

К настоящему времени разработано много сплавов. Одни направлены на обширное использование, прочие отличительны нестандартным качествами, важными для определенных условий. К последним относится сплав константан. Дальше приведены характерности, характеристики, использование.

Параметры и характерности

Данное наименование носит сплав медно-никелевого состава, отличающийся термостабильностью, электрическим сопротивлением, обрабатываемостью, применяется в электротехнической промышленности.

Главными особенностями считают электрические свойства константана МНМц 40-1,5: большое удельное электрическое сопротивление, составляющее 0,45-0,52 мкОм?м, и невысокий температурный показатель электрического сопротивления, равный -0,02?10 -3 -+0,06?10 -3 °C -1 .

Последнее гарантирует стабильность сопротивления при разной температуре. Благодаря показателям сопротивления константан называют резистивным сплавом. Более того этот материал отличается существенной термоэлектродвижущей силой. Напоследок, константан обладает хорошим технологичными качествами, обуславливающими обрабатываемость его механическими методами. Так, для него применимы паяние, чеканка, штамповка, ковка и т. д. После отжига возможно применять резание. Засорение цинком значительно осложняет обработку.

Дальше приведены другие характеристики константана. Плотность его равна 8,8–8,9 г/см 3 . Аналогичным образом, это наиболее плотный никелевый сплав, превосходящий по этому параметру сталь. Эта характерность, определяющая большую массу константана, вызвана существенной долей меди в его составе. Температура плавления составляет 1260 °C, из-за чего сплав считается термостабильным, сохраняя до названной температуры внутреннее строение. Твердость равна 155 НВ, прочностный предел на разрыв – 400 МПа. Температурный показатель линейного увеличения составляет 14,4?10 -6 в диапазоне от 20 до 100 °C. Теплоемкость равна 0,0977 кал/г?C, проводимость тепла – 0,05 кал/см?с?C. Магнитные свойства отсутствуют. Константан отличается большими показателями пластичности. Так, модуль упругости составляет 16600 кгс/мм 2 , относительное удлинение может достигать 30%, сужение – 71%. Нужно сказать, что эластичность сильно уменьшается при загрязнении константана цинком. Благодаря высокому пределу выносливости, составляющему для горячетканых прутьев 243 МПа (что отвечает стали 45), константан подойдет для условий переменных нагрузок. Медно-никелевый состав обеспечивает сопротивление сплава коррозии. Так, он не реагирует с кислородом до 800 °C, а еще с органическими кислотами и соляными растворами. Цвет – желтоватый.

Ввиду плохой прочности константан нередко подвергают повторной обработке. После отжига прочностный предел увеличивается до 700-800 МПа, что приравнивает сплав по этому показателю к стали 45. Для еще большего упрочнения рассматриваемого материала используют наклеп, предполагающий поверхностную прокатку стальными роликами, вызывающую пластические деформации. В результате подобной отделки константан приобретает критерии предела прочности в 850 МПа и твердости в 75-90 НВ. Однако необходимо брать во внимание, что как механическая, так и термообработка константана МНМц 40-1,5 уменьшает эластичность: относительное удлинение уменьшается до 4%, сужение – до 21%.

Нужно сказать, что электроизоляционные параметры свойственны не для материала, а для верхней окисной пленки.

Это покрытие сформировывается в результате прокаливания, по этому изделия, ориентированные на применение в электрическом оборудовании, подвергают этой отделке при изготовлении.

Стоимость константана сформировывается, в первую очередь, под воздействием цены Ni. К примеру, стоимость рассматриваемого материала в октябре 2017 г. составляла примерно 5 тыс. рублей за 1 кг. В большинстве случаев она подчиняется от формы и ее свойств. Так, лента чуть дороже если сравнивать с проволокой. А для проволки имеет большое значение толщина: варианты с большим диаметром доступнее. К примеру, на декабрь 2016 г. тонна 0,6 мм проволки стоила около 2,3 млн., а материала диаметром 1,2 мм – 0,8-1 млн. Более того, как видно из приведенных данных, при массовой реализации цена существенно уменьшается. Стоимость покупки также устанавливается определенными моментами. Во-первых, важное имеет значение состояние лома, определяемое, в первую очередь, наличием следов коррозии. Второе, для проволки имеет большое значение диаметр. Тонкие материалы ценятся выше.

Третье, важен размер поставок. Пункты приема лома предпочитают принимать большие партии (более 100 кг) ввиду ускоренной реализации. В данных случаях они наценивают лом на 10–15%.

Использование

Область использования рассматриваемого материала устанавливается его параметрами. Так, большая термоэлектродвижущая сила обуславливает возможность применения константана для исходного материала для, термопар. Большое электрическое сопротивление дает прекрасную возможность создавать из него детали сопротивления, предоставленные реостатами, и элементы нагрева. Так как электрическое сопротивление константана слабо связано с температурой, он подойдет для тех случаев, когда нужна стабильность электрического сопротивления. Кроме этого, рассматриваемый сплав используется в измерительном оборудовании невысокого класса точности и в виде материала удлиняющих проводов.

Изделия из константана предоставлены проволокой диаметром 0,2-2,5 мм и лентами толщиной 0,1-2 мм и шириной 10-300 мм. Причем проволока представлена в 2-ух вариантах: мягкой (отожженной) и твёрдой. Их свойства отличительны. Так, для мягкого варианта удельное сопротивление составляет 0,46-0,48 ом?мм 2 /м, крепость на разрыв – 45-65 кг/мм 2 , тогда как для твёрдой проволки удельное сопротивление равно 0,48-0,52 ом?мм 2 /м, крепость на разрыв -65-70 кг/мм 2 . Более того, выпускают продукцию как без изоляции, так и с самыми разными ее вариантами: очень прочной эмалевой, двухполосной шелковистой, двухслойной комбинированной эмаль-шелковой и эмаль-лавсановой.

Константановая проволока служит для производства проводников между приемником и пускателем точных температурных измерителей. Также из нее делают компенсационные провода термопар. Из проволки и лент делают резистивные, ленточные и проволочные элементы нагрева промышленных печей по выплавке металлов с маленькой температурой плавления. Напоследок, из константана делают реостаты, резисторы, тензометрические датчики.

Отдельно необходимо рассмотреть использование материала для ТЕНОВ. Возможность применения его для этих целей обеспечена вышеприведенными качествами сплава.

Во-первых, высокое электрическое сопротивление, содействует быстрому и сильному нагреву. Второе, небольшой температурный показатель сопротивления дает возможность существенно упростить конструкцию нагревателя. Так, он спасает от надобности уменьшения напряжения при запуске, стало быть, не требуется преобразователь электрической энергии. Третье, хорошие технологичные характерности дают возможность создавать? детали сложной формы.

Аналогичным образом, благодаря названным особенностям константана все вместе допустимо изготовление из него коротких ТЕНОВ площади больших размеров поперечного сечения. Это считают большим преимуществом по следующим причинам. Во-первых, печи самых разных типов, к примеру, лабораторные, рассчитаны на короткие элементы нагрева. Второе, детали крупного диаметра отличаются высоким служебным сроком.

Константан используют как для открытых, так же и для закрытых нагревателей. В первом варианте его применяют в виде ленты и толстой проволки. Это можно объяснить сгоранием тонкой проволки на чистом воздухе при больших температурах (более 400-450 °C). Впрочем материал в такой форме важен для печей с благородным газом, вакуумных печей, закрытых нагревателей. В последнем варианте в устройствах типа Трубчатый нагреватель, ориентированных на нагрев жидкости, воздуха, полов и т. д., константан не соприкасается с внешней средой. В большинстве подобных нагревателей он в виде спирали из нити помещен в непроницаемую трубку. Для высокомощных моделей используют толстую проволоку и ленту.

Также по поводу формы константана нужно сказать, что проволоку считают более предпочтительной по техническим и экономическим свойствам для оборудования для нагрева если сравнивать с лентой. Так, для больших промышленных печей используют материал диаметром 3-7 мм, для меньших заменителей – 0,03-2,5 мм проволоку. К положительным качествам проволки перед лентой относят меньшую цену и простоту изготовления ТЕНОВ. Так, спиральные детали делают путем станковой навивки. Более того проволочную спираль, благодаря компактности и высокой пластичности, можно расположить в оборудовании всевозможными вариантами: на сводах и стенках зигзагами и лабиринтом, повесить на керамических изоляторах, навить на трубчатое основание. Второй способ используют на низкотемпературных печах, а 3-ий считают самым эффективным. Вследствие больших трудоемкости и затратности создания ТЕНОВ из ленты в большинстве случаев ее используют по большей части в нестандартных случаях. Во всяком случае константановые элементы нагрева близки по показателям эффективности, независимо от формы.

Константан предоставлен в большом количестве марок (более 30). Самой популярной среди них считается марка МНМц 40-1,5. Состав сплава константан этой марки включает около 59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn, менее 1% примесей. Последние предоставлены S, P, Al, Mg. Их наличие вызвано неточностью состава лигатур и несовершенством выплавочных технологий. Из центральных элементов константана медь обеспечивает крепость, никель придаёт пластические свойства, марганец служит для легирования.

Плюсы и минусы

К преимуществам материала относят большинство его параметров: большие электрическое сопротивление и термоэлектродвижущую силу, невысокий температурный показатель электрического сопротивления, хорошие технологичные параметры, сопротивление коррозии. К примеру, последняя характерность прекрасно отличает его от близкого аналога по термостабильности – манганина. Ввиду этого константан считается очень долговечным и в общем ценится больше.

Ключевым негативным свойством считают сравнительно невысокую температуру плавления.

Констанатан создан был в Америке в 1888 г. Э. Вестоном. С самого начала он был направлен на использование в электроизмерительных приборах и для исходного материала для катушек. Его предоставили как Сплав №2. Современное наименование материал который рассматривается получил немного позднее от производителей из Германии проволки, выполнявших заказ создателя.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.