- Константан. Свойства, применение, химический состав, марки
- Константан, константановая проволока
- Проводниковые материалы с большим удельным сопротивлением | Электроматериаловедение | Архивы
- Константан МНМц40-1.5 — Интерсплав Украина, ООО
- Сопротивление при нагреве проводника. Влияние температуры на материалы и электротехнические изделия
- Константан — Свердловский металлургический завод
- Проволока из константана. Проволока константан мнмц 40-1.5 гост 5307
- Constantan — Состав, свойства, удельное сопротивление, проволока и применение
- Constantan — обзор | Темы ScienceDirect
- Константин — обзор | Темы ScienceDirect
-
- 6.2.2.1 Анализ методом дифференциальной сканирующей калориметрии
-
- Что такое константан — 45Ni-55Cu — Температурный коэффициент сопротивления — Электрическая стойкость — Определение
- Константан — 45Ni-55Cu — Свойства и применение
- 20.
3 Сопротивление и удельное сопротивление — BCIT Physics 0312 Учебник
- Узнайте об удельном сопротивлении | Chegg.com
| Внимание! Если Вы обнаружили ошибку на сайте, то выделите ее и нажмите Ctrl+Enter. |
|
Нить и проволока также применяются в электротехнике и приборах для измерения температуры.
Завод цветных металлов «Уралпрокат» производит прокат из константана, в т.ч. неизолированную холоднотянутую константановую проволоку круглого сечения марки сплава МНМц 40-1,5, по ГОСТ 5307-77.
Константан сплав. Свойства, производство, применение и цена константана
Константан. Это не опечатка в имени Константин, а название одного из сплавов. В нем соединились медь и никель. Название материала связано с латинским словом constantis, что значит «постоянный». В чем же заключается постоянство сплава, каковы его свойства и применение, расскажем далее.
Химические и физические свойства константана
Постоянство константана связано, в первую очередь, с его термостабильностью. Внутреннее строение сплава остается неизменным до температуры в 1260 градусов. Это планка плавления, при которой атомы константана меняют положение.
В каком бы состоянии не находился константан, его цвет остается неизменным. Примесь меди придает серебристому никелю желтизну. Хотя, купрум добавляют не столько ради цвета, сколько для упрочнения никеля.
Его в сплаве 39-41%. Этого достаточно, чтобы материал получился пластичным. Медь в состав константана входит в количестве приближенном к 60%. Красный металл нужен для упрочнения материала. Допускается небольшая лигатура марганцем. Его добавляют 1-2%.
С марганцем, или без, металл константан устойчив к коррозии, чем выгодно отличается, к примеру, от манганина. В последнем марганца уже около 13%. Сплав тоже термостабильный, но по коррозийной стойкости проигрывает герою статьи.
Коррозия, как известно, — ржавление металла. Самопроизвольное разрушение со временем стирает с лица земли изделия из манганина. Поэтому, сплав константан долговечнее него и ценится выше.
Внимание промышленников привлекает, так же, удельное сопротивление константана. Сплав препятствует прохождению через него тока. В цифрах сопротивление константана равно 0,5 мкОм*м.
При этом, температурный коэффициент противостояния тока у сплава минимален. Говоря иначе, удельное сопротивление константана почти не зависит от температуры, что тоже является выражением постоянства материала.
Температурный коэффициент сопротивления исчисляется в кельвинах в минус первой степени. У константана показатель равен 0,03*10-3. При этом, невелик и коэффициент температурного расширения. Он указывает на степень изменения линейных размеров тела при его нагреве. Показатель константана – 14,4*10-6 С-1.
Плотность – еще один параметрам, по которому можно отличить константан. Свойство сплава – внушительный вес. Он больше, чем у стали и вызван, соответственно, большей плотностью.
Она равна почти 9-ти граммам на кубический сантиметр. У стали планка не достигает 8-ми. Так что, плотность константана больше плотности прочих никелевых сплавов. Играет роль внушительное содержание меди. Плотность в 9 граммов на кубический сантиметр типична именно для нее.
Применение константана
Константан применение нашел в приборах для электрообогрева. Важно, чтобы техника работала с нагревом до 500-от градусов Цельсия. Высокая термоэлектродвижущая сила при таком режиме делает константан отрицательным электродом. Для обогрева достаточно добавить положительный. В роли последнего выступают, как правило, железо, хромель, или чистая медь.
Константан в виде проволоки идет на резисторы и реостаты. Последние приборы регулируют напряжение. Резисторы же выполняют функцию сопротивления току. Кстати, константан часто именуют резистивным сплавом, что указывает на основную сферу его применения.
Проволока из константана нужна и для термопар. Иначе говоря, это температурные датчики. Ими измеряют жар, или холод. Пригождаются термопары в медицинских приборах, к примеру, градусниках. В системах автоматики датчики тоже нужны, как и в промышленном оборудовании и, конечно, научных исследованиях.
Состав сплава константан делает его пластичным и легко поддающимся пайке. Механическая обработка изделий элементарна. Однако, если сплав загрязнен цинком, промышленники сталкиваются с трудностями.
Соединительная пайка деталей идет с трудом, контакт получается непрочным. Поэтому, важно запрашивать сертификаты качества константана, проверять его соответствие ГОСТам, работать лишь с проверенными поставщиками. Как они изготавливают сплав, расскажем в следующей главе.
Производство константана
Электроизоляционными свойствами обладает не сам константан, а пленка из окислов на его поверхности. Покрытие образуется лишь при прокаливании сплава. Поэтому, провод из константана и прочие детали, предназначенные для электроприборов, обязательно нагревают еще в заводских условиях.
В остальном, производство сплава меди, никеля и марганца не отличается от изготовления прочих металлических смесей. Сначала, закупаются, или выделяются из руд, необходимые компоненты.
Потом, они сплавляются воедино, попутно очищаясь от примесей. Ненужные компоненты нейтрализуют, захватывают и связывают химическими реагентами. Порой, для этого нужна безвоздушная среда, порой – высокие температуры. А вот высоки ли цены на итоговый продукт?
Цена константана
Цена константана приближена к 2 000 000 рублей за тонну. Это в случае заказа проволоки. Если ограничиться 1 000 килограммов, придется выложить 2 040 000-2 500 000 рублей. При заказах от 5-ти тонн ценник опускают до 1 500 000-1 800 000 рублей. Правда, таковы запросы за так называемый хромаль, то есть, сплав с примесью хрома.
Если брать чистый константан в проволоке, за тонну можно заплатить и 4 000 000 рублей. При реализации по килограммам, за 1 000 граммов просят около 5 000 рублей.
Чуть больше стоит кило медно-никелевой ленты. Это еще одна форма продажи сплава. Толщина ленты, обычно, не превышает 0,6 миллиметра. Реже, встречаются образцы в 1,5 миллиметра.
Кстати, цена проволоки из константана тоже во многом зависит от ее диаметра. За тонну 0,6-миллиметровой, к примеру, могут просить около 2 300 000 рублей. Более толстые образцы, как правило, дешевле. Так тонна проволоки в 1,2 миллиметра диаметром обходится в 800 000 рублей. Иногда, продавцы просят 1 000 000. Данные цены актуальны на декабрь 2016 года.
2.8 Сплавы высокого сопротивления
В эту группу входят сплавы, имеющие при нормальной температуре удельное электрическое сопротивление не менее 0,3 мкОм*м.
При использовании этих сплавов для электроизмерительных приборов и образцовых резисторов, помимо высокого значения ρ, требуются также высокая стабильность этого значения во времени, малый температурный коэффициент ТКρ, малый коэффициент термоЭДС в паре сплав – медь (при изготовлении образцовых резисторов) и, наоборот, большой – при изготовлении термопар. Сплавы для электронагревательных элементов должны длительно работать на воздухе при высоких температурах (до 1000oС и выше). Кроме того, для многих случаев применения требуется технологичность сплавов – возможность изготовления из них тонкой гибкой проволоки с диаметром в сотые доли миллиметра. Имеет значение также невысокая стоимость сплава.
Всем перечисленным требованиям удовлетворяют манганин, константан и сплавы на основе железа.
► Манганин
Манганин, названный так из-за наличия в нем марганца (латинское название manganum), широко применяется для изготовления образцовых резисторов, шунтов и других элементов. Примерный состав сплава: Cu – 85%; Mn – 12%; Ni – 3%. Желтоватый цвет сплава объясняется большим содержанием меди.
Манганин может протягиваться в тонкую (диаметром до 0,02 мм) проволоку; манганиновая проволока часто выпускается в эмалевой изоляции.
Для обеспечения малого значения ТКρ и стабильности ρ манганиновую проволоку подвергают специальной термообработке (рисунок 2.15) – отжиг в вакууме при температуре порядка 550 – 600oС в течение 1 – 2 часов с последующим медным охлаждением.
Намотанные катушки резисторов дополнительно отжигаются при 200oС, а затем длительное время (до 1 года) выдерживаются при комнатной температуре.
- Рисунок 2.15 – Технология производства образцовых резисторов из манганина
- Предельно допустимая рабочая температура сплава – 200oС.
- Маркировка манганина – МНМц 3-12.
Основная область использования – прецизионные резисторы. Кроме того, из манганина изготавливают датчики для измерения больших гидростатических давлений. Сопротивление манганиновой проволоки линейно возрастает с повышением давления от 0 до 1 ГПа; увеличение сопротивления в этом диапазоне давлений составляет 2,5% от начального (при отсутствии давления) значения.
► Константан
Константан – один из сплавов медно-никелевой группы с примерным содержанием 60% Cu и 40% Ni, что соответствует минимуму ТКρ при довольно высоком значении ρ (см. рисунок 2.5). Название «константан» объясняется значительным постоянством ρ при изменении температуры, т.е. малостью ТКρ.
Нагревостойкость константана выше, чем манганина: его можно использовать для изготовления реостатов и электронагревательных элементов, длительно работающих при температуре 500oС.
При быстром нагреве константановой проволоки на воздухе до температуры 900oС на ее поверхности образуется тонкая оксидная пленка, обладающая электроизоляционными свойствами.
В случае, если напряжение между витками константановой проволоки с оксидной изоляцией не превышает 1 В, ее можно плотно наматывать виток к витку без дополнительной изоляции.
Существенным отличием от манганина является высокая термоЭДС в паре с медью, а также с железом. Это исключает использование константановых резисторов в измерительных схемах, т.к.
при наличии разности температур в местах контакта константановых и медных проводников возникают паразитные термоЭДС. Эти ЭДС являются источником погрешности, особенно при нулевых измерениях в мостовых и потенциометрических схемах.
С другой стороны, это позволяет использовать константан в качестве термоэлектродов термопар для измерения температур до 800 oС в паре с железом и до 400oС – в паре с медью.
Широкому применению константана препятствует большое содержание в его составе дорогого и дефицитного никеля.
► Сплавы на основе железа
Эти сплавы используются преимущественно для изготовления электронагревательных элементов.
Высокая нагревостойкость (жаростойкость) сплавов создается введением в их состав достаточно больших количеств металлов, образующих при нагреве на воздухе практически сплошную оксидную пленку. К таким металлам относятся никель, хром и алюминий.
Само железо, как уже отмечалось, окисляется достаточно легко. Поэтому, чем больше содержание железа в сплаве, например, с Ni и Cr, тем менее он жаростоек.
Сплавы системы Fe – Ni – Cr называют нихромами или (при повышенном содержании Fe) ферронихромами.
Их примерный состав 55 – 78% Ni, 15 – 25% Cr, 1,5% Mn и остальное – Fe. Их механические параметры: Δl/l = 25 – 30%; σр = 650 – 700 МПа.
Удельное электрическое сопротивление нихромов составляет 1,0 – 1,2 мкОм*м.
Сплавы системы Fe – Cr– Al, содержащие в своем составе 2 – 15% Cr, 3,5 – 5,5% Al, 0,7% Mn, 0,6% Niи остальное – Fe, называются фехралями и хромалями. Их механические характеристики Δl/l = 10 – 20%; σр = 700 – 800 МПа. Удельное электрическое сопротивление 1,2 – 1,4 мкОм*м.
Условное обозначение этих сплавов состоит из букв и чисел. Буквы обозначают наиболее характерные элементы сплава, причем буква, обозначающая элемент, не всегда является первой буквой его названия; алюминий, например, обозначается буквой Ю, хром – Х, никель – Н, марганец – Г. Число соответствует приблизительному содержанию данного компонента в сплаве в массовых процентах.
В начале обозначения могут указываться дополнительные цифры, соответствующие повышенному (0) или пониженному (1) качеству сплава. Так, например, обозначение 0Х25Ю5 соответствует особо жаростойкому (до 1400oС) хромалю, т.е. сплаву с примерным содержанием 25% хрома, 5% алюминия, 70% железа.
Обозначение 1Х25Ю5 – это хромаль такого же состава, но обладающий пониженной жаростойкостью – 1000oС.
Помимо скорости окисления того или иного чистого металла или компонента сплава, большое влияние на срок жизни нагревательного элемента, работающего на воздухе, оказывают свойства образующегося оксида, а именно его летучесть и температурный коэффициент линейного расширения ТКl.
Если оксид летуч, он не может защитить оставшийся металл от дальнейшего окисления. Легко улетучиваются, например, оксиды вольфрама и молибдена, поэтому такие металлы не могут работать в накаленном состоянии при доступе кислорода.
Если же оксид нелетуч (как у Ni, Cr и Al), то он образует надежную защиту на поверхности металла.
Значение ТКl оксидов перечисленных металлов является близким к значению ТКl самого сплава железа с ними. Этим объясняется стойкость хромоникелевых и хромоалюминиевых сплавов при высокой температуре на воздухе.
Растрескивание оксидных пленок происходит при резких сменах температуры; тогда при последующих нагревах кислород воздуха проникает в образовавшиеся трещины и производит дальнейшее окисление сплава.
Так, при многократном кратковременном включении – отключении нагревательного элемента он перегорает значительно быстрее, чем в случае непрерывной работы при той же температуре.
На срок жизни элементов из нихрома и других жаростойких сплавов влияет также наличие колебаний значений сечения проволоки по ее длине; в местах с уменьшенным сечением элементы перегреваются и легче перегорают.
Длительность работы электронагревательных элементов из нихрома и аналогичных сплавов может быть во много раз увеличена, если исключить доступ кислорода к поверхности проволоки.
В трубчатых нагревательных элементах (так называемых ТЭНах) проволоку из сплава с высоким сопротивлением помещают в трубку из стойкого к окислению металла; промежуток между проволокой и трубкой заполняют порошком диэлектрика с высокой теплопроводностью (например, магнезией MgO).
При дополнительной протяжке этих трубок их внешний диаметр уменьшается, магнезия уплотняется и образует механически прочную изоляцию внутреннего проводника. Такие нагревательные элементы используются, например, в кипятильниках; они могут работать длительное время без повреждений.
Нихромы очень технологичны – их можно легко протягивать в сравнительно тонкую проволоку или ленту. Они выдерживают высокие рабочие температуры, но из-за большого содержания дорогие.
Фехрали и хромали менее технологичные, более твердые и хрупкие. Изделия из них имеют больший диаметр, но зато они гораздо дешевле. Эти сплавы используются в основном для изготовления мощных резисторов, а также в электротермической технике для электронагревательных устройств большой мощности и промышленных электрических печей.
Сплавы высокого сопротивления
Сплавы с высоким электрическим сопротивлением делятся на три группы:
- Сплавы для магазинов сопротивлений, различных эталонов, добавочных сопротивлений, шунтов;
- Сплавы для сопротивлений и реостатов;
- Сплавы для электронагревательных приборов и печей.
К сплавам первой группы предъявляют следующие требования: высокое удельное сопротивление, близкий к нулю температурный коэффициент сопротивления, малая термоэлектродвижущая сила в сочетании с другими металлами (особенно с медью), постоянство сопротивления во времени, высокая стойкость против коррозии. К сплавам этой группы относятся сплавы на основе меди – манганин и константан.
Манганин
Сплав коричнево-красноватого цвета, состоящий из 86 % меди, 12 % марганца и 2 % никеля.
Манганин имеет удельное сопротивление 0,42 – 0,43 Ом × мм² / м, плотность 8,4 кг/дм³, прочность на разрыв 40 – 55 кг/мм², очень малые температурный коэффициент сопротивления и термо-ЭДС (электродвижущую силу), допустимую рабочую температуру не выше 60 °С. Манганин является лучшим материалом для изготовления магазинов сопротивлений, образцовых сопротивлений и шунтов.
Константан
Сплав 60 % меди и 40 % никеля. Константан имеет удельное сопротивление 0,5 Ом × мм² / м, плотность 8,9 кг/дм³, прочность на разрыв 40 – 50 кг/мм².
Константан применяется для изготовления реостатов и электронагревательных сопротивлений, если их рабочая температура не превышает 400 – 450 °С.
Константан в сочетании с медью имеет высокую термо-ЭДС и поэтому не может быть применен для изготовления эталонных сопротивлений к точным приборам, так как эта дополнительная ЭДС будет искажать показания приборов. Это свойство константана используется при изготовлении термопар для измерения температур порядка несколько сотен градусов.
Сплав для реостатов или для сопротивлений должен быть дешевым, иметь большое удельное сопротивление и малый температурный коэффициент сопротивления. Для этих целей применяют сплавы на медной основе, например константан, никелин и другие.
Для удешевления материала никель в реостатных сплавах заменен цинком и железом. Сплавы, применяемые для электронагревательных приборов и печей, должны хорошо обрабатываться, быть механически прочными, дешевыми, иметь высокое удельное сопротивление и длительное время работать при высокой температуре без окисления.
При нагреве металла на его поверхности образуется оксидная пленка, которая должна предотвратить дальнейшее разрушение металла. Металлы – медь, железо и кобальт – имеют пористую оксидную пленку, поэтому при нагревании они быстро разрушаются. Такие металлы, как никель, хром и алюминий, покрываются при нагреве плотной оксидной пленкой, поэтому жароупорные сплавы делают на основе этих металлов.
Нихром
Сплав никеля и хрома. К нихромам относится также ферронихром, который, кроме никеля и хрома, содержит железо (58 – 62 % никеля, 15 – 17 % хрома, остальное – железо).
Плотность нихрома 8,4 кг/дм³, прочность на разрыв 70 кг/мм², удельное сопротивление около 1,0 Ом × мм² / м.
Нихром выпускается в виде проволоки и ленты, которые идут на изготовление спиралей электронагревательных приборов и печей, имеющих рабочую температуру до 1000 °С.
Фехраль
Сплав 12 – 15 % хрома, 3 – 5 % алюминия, остальное железо. Фехраль имеет плотность 7,5 кг/дм³, прочность на разрыв 70 кг/мм² и удельное сопротивление около 1,2 Ом × мм² / м. Рабочая температура фехраля около 800 °С.
Хромаль
Сплав 28 – 30 % алюминия, остальное железо. Прочность хромаля на разрыв 80 кг/мм², удельное сопротивление 1,3 – 1,4 Ом × мм² / м, допустимая рабочая температура 1250 °С.
Источник: Кузнецов М. И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560с.
Константан сплав — свойства и применение
1888 год. Америка.Перед инженером Эдвардом Вестоном стоял вопрос об увеличении точности измерения температуры. Принцип работы термопар основывался на термоэлектрическом эффекте. Два соединённых проводника имеют между собой контактную разность потенциалов.
Если температура на концах проводников одинакова, то разность потенциалов равно нулю. Если нет, то разность потенциалов зависит от разности температур на концах. Трудность заключалась в том, что при нагревании проводник менял свою электропроводимость, тем самым увеличивая погрешность измерения.
Константан – сплав, который решил эту проблему.
Долгие эксперименты Вестона с медными сплавами не прошли даром. Новый материал отличался стабильностью сопротивления при нагреве проводника. Изобретатель дал ему довольно лаконичное название «сплав №2». Уже потом немецкие производители проволоки переименовали его в константан, что в переводе с латинского означает «постоянный».
Так что включает в свой состав констант? Почему цены на него продолжают расти?
Характеристика, свойства и особенности
Константан относится к электротехнической группе медноникелевых сплавов. Процент содержания никеля колеблется от 39 до 41% в зависимости от марки. Для увеличения механических свойств дополнительно легируется 1-2%-ом марганца.
Помимо основных элементов включает небольшое количество примесей: меньше 1%. Сюда входит сера, фосфор, алюминий, магний и свинец. Причина их содержания – несовершенство технологии выплавки и неточность химического состава лигатур.
Всего насчитывается более 30 марок константа, но самой распространённой в производстве является МНМц 40-1,5.
Сплавы константана имеют характерный для них желтоватый оттенок.
Плотность варьируется в пределах 8800-8900 кгм2. Температура плавления 1350 ºС. Не магнитен.
Константан отличается низким значением удельного электрического сопротивления 0,5 Ом*мм2м. Для сравнения аналогичный показатель меди составляет 0,2 Ом*мм2м. Константан обладает минимальным температурным коэффициентом электросопротивления 0,06*10-6 1С, т.е. при повышении температуры проводимость проводника изменяется незначительно.
Среди достоинств константана отмечают его способность аккумулировать термоэлектродвижущую силу. Особенно при работе в паре с такими металлами как медь и железо.
Коэффициент линейного расширения сплава составляет 14,4*10-6 1С, т. е. при нагреве константана на 100 ºС его длина изменится на 14,4 мкм. Теплопроводность – 0,05 калсм*с*С. Теплоемкость — 0,0977 калг*С.
Касаемо механических свойств, константан выделяется своей высокой пластичностью. Модуль упругости равен 16 600 кгсмм2. Относительное удлинение доходит до 30%, а относительное сужение до 71%.
Предел прочности на разрыв «сырого» сплава имеет довольно низкое значение 400 МПа. Термическая обработка, которая включает в себя низкотемпературный отжиг, позволяет повысить данный показатель в 2 раза 700-800 МПа. А это уже сравнимо с прочностью стали 45.
Дополнительного упрочнения сплава достигают проведением наклепа: прокаткой стальными роликами поверхность константана.
В результате возникающие пластические деформации увеличивают предел прочности до 850 МПа, а твердость до 75-90 единиц шкалы Бринелля.
Стоит отметить, что термическое и механическое упрочнения уменьшают пластичность сплава. Относительное удлинение падает до 4%, относительное сужение до 21%.
Константан хорошо проявляет себя при работе в условиях переменных нагрузок. Так, предел выносливости горячекатаных прутков составляет 243 МПа. Для сравнения аналогичный параметр стали 45 является немногим больше – 245 МПа.
Содержание константаном таких элементов как медь и никель делают его устойчивым к образованию коррозии. Сплав не вступает в реакцию с кислородом при температурах до 800 ºС. Не реагирует на большинство соляных растворов и органических кислот.
Константан отличается высокими технологическими свойствами. Поддается всем способам обработки давлением: штамповка, чеканка, ковка и прочее. Обрабатывается резанием, правда перед этим требуется проведение термического отжига. Легко паяется.
Область применения
Константан поставляется в производство в виде 2-х основных сортаментов:
- Константановая проволока диаметром от 0,2 до 2,5 мм. Нормируется ГОСТом 1791-67.
- Константановая лента толщиной от 0,1 до 2 мм. Ширина ленты исходит из стандартных размеров, указанных в ГОСТ 5189-75: от 10 до 300 мм с шагом 10 мм.
Вышеперечисленные свойства позволили константановой проволоке получить массовое применение в электротехнике. В первую очередь при изготовлении особо точных приборов для измерения температуры. Именно из нее делают проводники, передающие термоэлектродвижущую силу от контактора к приемнику. Помимо это константан служит материалом для изготовления компенсационных проводов термопар.
Также константный сплав применяется в электронагревателях. Стоит заметить, что температура нагрева данных устройств составляет 500 ºС. Ими оборудуются промышленные печи для выплавки металлов с относительно низкой температурой плавления.
Константан является сырьем для производства резисторов и реостатов. Электроники по этой причине называет его резистивным сплавом. Также он употребляется при изготовлении тензометрических датчиков – устройств, трансформирующих величину деформации в электрический сигнал.
Ценообразование
Стоимость константана складывается из цены никеля и меди на мировых биржах цветных металлов. За основу большинство российских промышленников принимают значение котировок Лондонской биржы. Сразу отметим, что цена никеля является основополагающей при расчете стоимости сплава.
На октябрь 2017 года средняя стоимость лома константана равна 5 000 рублей за килограмм.
При сдаче лома цена может варьироваться. На ее значение влияют следующие факторы:
- Наличие следов коррозии на поверхности сплава.
- Объем поставок. Пунктам приёма металлолома выгоднее иметь дело с крупными партиями от 100 кг в силу сокращения времени на реализации лома. Наценка составляет в среднем 10-15% процентов от основной стоимости.
- Цена на проволоку зависит также от ее диаметра. Как правило, чем проволока тоньше, тем она дороже.
Загрузка...
