稀土Cr_(20)Ni_(80)高电阻电热合金丝的试制

1.前言Cr_(20)Ni_(80)高电阻电热合金丝主要具有较好的高温抗氧化性及在高温条件下机械强度高、使用寿命长等优点。

稀土添加量对Ni80Cr20合金晶粒度、纯度和均匀性的影响

采用真空熔炼,结合锻造和轧制成形,制备了加入0%、0.2%和0.4%不同稀土的Ni80Cr20合金。借助光学显微镜、扫描电镜观察合金的显微组织,用能谱仪和电感耦合等离子发射光谱仪分析合金的成分,研究了稀土添加量对Ni80Cr20合金的晶粒度、纯净度和成分均匀性的影响,探讨了稀土元素对合金晶粒度和纯度的影响机理。结果表明:适量添加稀土,可细化Ni80Cr20合金晶粒,有利于净化合金熔体,改善合金成分分布均匀性;随着稀土加入量增加,合金的晶粒减小,含氧量和气孔减少,纯净度提高。当稀土添加量为0.4%时,合金的晶粒细小均匀,平均直径约为26.7μm,纯度达到99.95%。

稀土对Ni80Cr20合金高温抗氧化性的影响

通过热重分析法,研究了在固定稀土残留量条件下,不同稀土添加剂对Ni80Cr20电热合金高温抗氧化动力学的影响。在1050至1200℃范围内,计算了氧化反应的表现反应速度常数和表观活化能,讨论了反应机理。通过X射线衍射分析、金相观察等手段,对氧化膜结构、氧化膜与基体的粘附性等进行了探讨,还研究了稀土添加剂提高Ni80Cr20电热合金高温抗氧化性的机制。

影响Cr20Ni80电热合金使用寿命因素的研究现状

综述对Cr20Ni80使用寿命影响因素的研究进展。Cr20Ni80的表面氧化膜是影响其使用寿命的重要因素,氧化膜越致密,与基体粘结力越强,其使用寿命越长。Cr20Ni80合金中存在的其他元素如氮、氧、碳、硅和稀土等对其力学性能和抗氧化性能的影响是复杂的。同时也不可忽视环境介质对合金的作用。

晶粒尺寸对Cr20Ni80电热合金电阻率的影响

通过拉伸变形和再结晶退火改变Cr20Ni80的晶粒尺寸,研究了晶粒尺寸对Cr20Ni80电阻率的影响,并分析了原因。结果表明,材料变形越大,晶粒尺寸越小,其电阻率值就相对较高,且晶粒较大时,晶粒尺寸的变化对电阻率影响较显著。

激光3D打印80Ni20Cr合金的显微组织及力学性能

研究激光3D打印80Ni20Cr合金的层-层正交和层-层同向两种不同层激光加工路径打印的合金样件微结构和力学性能。结果表明:合金样件具有细小的等轴晶组织和柱状晶组织,柱状晶粒沿着激光加工路径生长。合金样件成分为Cr溶质溶于Ni溶剂的固溶体,打印样件密度与理论密度接近。层-层正交工艺打印合金样件的孔隙率要低于层-层同向工艺打印合金样件的,微观硬度和拉伸性能也要优于采用层-层同向工艺打印合金样件的,其抗拉强度可达410 MPa,硬度可达406 HV0.2。

国内Cr20Ni80电热合金组织及性能对比研究

文章通过对国内4个厂家Cr20Ni80产品的化学成分、组织、电阻率、力学性能及快速寿命进行对比,研究了影响Cr20Ni80合金电阻率、室温力学性能及快速寿命的因素。结果表明,四个厂家试样的化学成分、力学性能和电阻率值均达到国家标准,但试样的晶粒尺寸差别较大,可能与各厂家的生产工艺有关。当合金中含铬量较高,夹杂物的含量较高、尺寸较大时,合金的电阻率值相对较高;合金晶粒越细,合金的室温力学性能就越好;合金的夹杂物含量越高、尺寸越大,合金的快速寿命越低。

Cr20Ni80合金棒材闪光对焊特性

对电热合金Cr20Ni80进行连续闪光对焊研究,讨论其焊接接头的力学性能、微观组织和接头硬度.结果表明:在选定的工艺参数条件下,焊缝结合良好,接头平均抗拉强度达到555MPa,延伸率为18.7%,断面收缩率为20.8%;接头结合致密,无明显焊接缺陷;在焊缝处硬度最低,两侧的热影响区硬度明显增大,与母材相比没有出现软化现象.闪光对焊对Cr20Ni80合金的焊接具有良好的适应性,可得到性能优良的焊接接头.

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定Cr_(20)Ni_(80)镍铬合金溅射靶材中多种元素

提出了一种用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法直接测定Cr20Ni80镍铬合金溅射靶材中主量元素Cr和次量元素Si、Mn、P、Cu、Fe、Ti、Ce的分析方法。在低温加热下用硝酸-盐酸混合酸(V硝酸∶V盐酸∶V水=65∶200∶735)溶解试样,选择Si 251.612nm、Mn257.611nm、P 178.287nm、Cr 284.984nm、Cu 324.754nm、Fe 259.941nm、Ti 334.941nm和Ce 418.660nm的光谱线作为分析线,大量基体元素如镍、铬、钇产生的基体效应影响可以通过基体匹配方法消除,谱线的重叠干扰和非光谱干扰不明显。测定主量元素Cr时,由于检测信号的短时漂移和波动对测定有影响,可以通过加入内标元素Y克服。对4种Cr20Ni80镍铬合金溅射靶材试样中上述8种元素进行测定,结果的相对标准偏差均小于2%,对Cr20Ni80镍铬合金标样中Si、Mn、P、Cr、Cu、Fe、Ti进行测定,测定值与认定值相符。

Cr20Ni80电热合金电渣重熔微观组织研究

采用ANSYS软件研究了冷却系数对Cr20Ni80电热合金电渣重熔铸锭温度分布的影响,采用Pro CAST软件中的CAF模块研究了冷却系数以及形核过冷度对Cr20Ni80电热合金铸锭微观组织的影响,并将模拟结果与实际生产的铸锭微观组织进行了比较分析。结果表明,Cr20Ni80电热合金电渣重熔铸锭的温度随冷却系数以及形核过冷度的增加而降低,柱状晶比例逐渐增大,铸锭底部的三角形晶区域也随着扩大。实际生产的Cr20Ni80电热合金电渣重熔的铸锭组织形貌与模拟结果比较接近。

氮含量对电热合金Cr20Ni80组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、维氏硬度计、拉伸试验机和电子探针分析仪(EPMA)等仪器研究了不同氮含量对Cr20Ni80电热合金组织和力学性能的影响。结果表明:合金显微组织中存在一些非金属夹杂物,主要为氮化物。随着氮含量增加,夹杂物的析出开始增多,且晶粒尺寸得到细化;合金的硬度和抗拉强度都随氮含量的上升先增加后减少;当氮含量为0.0331%时,室温力学性能最佳,硬度和抗拉强度达到最大值,分别为224.9 HV和868.6 MPa。

Cr20Ni80电热合金丝的加热失效分析

采用20A恒流直流电源对长30 mm、直径0.8 mm的Cr20Ni80电热合金丝持续通电加热氧化。研究了Cr20Ni80合金丝氧化失效过程中电阻和晶粒大小的变化。通过SEM和EDS对该合金丝的组织及氧化膜进行研究。结果表明:该合金丝烧断后,小晶粒变成大晶粒,电阻增大,并产生磁性;横断面基体表面产生坑洞,边缘坑洞多,中心坑洞少;合金丝周围产生一层致密的氧化膜,氧化膜最外层是NiO层,氧化膜最内层是Cr_2O_3层;Si元素存在于氧化膜的两侧,阻碍氧的扩散,提高了合金的高温抗氧化性能,同时提高了镍基合金的塑性。

冷拔变形量对Ni80Cr20无缝管显微组织的影响

通过对Ni80Cr20锻造坯料进行挤压-冷拔-扩孔变形而获得无缝管,而后对Ni80Cr20无缝管进行不同变形量的冷轧变形,研究了不同轧制变形量对Ni80Cr20无缝管显微组织的影响。结果表明:挤压后的Ni80Cr20荒管具有单相奥氏体组织,且存在少量碳化物;荒管经冷拔-扩孔-固溶处理后获得Ni80Cr20无缝管,其奥氏体晶粒明显长大,碳化物基本溶解于基体中;Ni80Cr20无缝管在不同的冷轧变形后,随冷轧变形量的增加,显微组织呈明显的纤维化特征,经固溶处理后,其再结晶晶粒变小,获得了细小均匀的奥氏体组织。

Cr20Ni80电热合金电渣重熔数值模拟

采用ANSYS软件中的热电耦合单元,研究了电渣重熔过程中熔铸电流、冷却系数及渣池深度对金属熔池温度分布的影响。采用ProCAST软件中的CAFE模块模拟了铸锭的微观组织,并将模拟结果与实际实验的微观组织进行了对比。结果表明:随着电流的增加整体温度逐渐上升;随着冷却系数以及渣池深度的增加,熔池温度逐渐降低,熔池深度逐渐变浅。实际生产与软件模拟的Cr20Ni80电热合金组织都由表层细晶区、柱状晶区以及等轴晶区3部分组成,且晶粒大小相近,说明模拟结果与实验结果具有一定的吻合性。

Al和Fe对Cr20Ni80电热合金性能影响的第一性原理研究

采用第一性原理和实验相结合的方法探究了Al和Fe掺杂对Cr20Ni80电热合金弹性性能和电性能的影响。构建了Cr20Ni80超晶胞模型,确定了Al和Fe在超晶胞中的占位,并对模型的准确性进行了验证,计算了体系掺杂前后的形成热、结合能及能带结构,预测了Al和Fe掺杂对合金性能的影响趋势,并采用拉伸试验、X射线衍射以及电阻率测试等方法进行了验证。结果表明,Al和Fe的掺杂没有改变合金的物相,但导致合金的晶格发生了畸变,原子之间电子云的重新分布降低了合金的强度但提高了其塑性;掺杂使合金导带的能量范围变窄,合金的电阻增大。实验结果与第一性原理计算预测结果一致。

变形量对电热合金Cr20Ni80组织和力学性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、维氏硬度计、拉伸试验机和电子探针分析仪(EPMA)等研究了不同变形量对Cr20Ni80电热合金组织和力学性能的影响。结果表明:合金经热轧后显微组织中析出的主要夹杂物为氮化物和碳化物;随着变形量的增大即试样直径的减小,夹杂物的析出开始增多,且分布不均匀,试样的抗腐蚀能力逐渐增强,合金的硬度和抗拉强度都先降后升;当变形后直径为3.2 mm时,试样的室温力学性能最差。

渗铝涂层对Cr20Ni80电热合金丝抗氧化性能的影响

为提高电热合金丝的抗高温氧化性能,采用固体粉末包埋法在Cr20Ni80电热合金丝表面制备渗铝涂层,通过高电阻电热合金快速寿命装置对渗铝试样在恒温1 000℃下进行高温氧化试验、在恒温1 200℃下进行快速寿命测试并拟合电阻随时间的变化曲线,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和热重分析仪(TGA)研究了渗铝涂层结构、氧化膜形貌、氧化膜相组成以及渗铝试样氧化动力学。结果表明:渗铝试样快速寿命相较于未渗铝试样提高了7.62%。渗铝涂层为双层结构,内外层厚度约为5μm和40μm。渗铝试样氧化动力学曲线基本符合抛物线规律。氧化膜分为3层:最外层为Al2O3与微量NiO;次外层为Ni Al及少量Al2O3、NiO;最内层是富Cr层和Cr2O3,并存在少量不连续分布的Si O2。氧化初期,渗铝试样迅速在表面形成了一层均匀致密的Al2O3保护性氧化膜,有效地改善了Cr20Ni80电热合金丝抗氧化性能。

Cr20Ni80电热合金电渣重熔热电场模拟

采用有限元软件ANSYS模拟了Cr20Ni80电热合金电渣重熔系统处于稳态时的热电场分布,并且研究分析了重熔系统中渣池部分和金属熔池与铸锭部分的温度、热流密度、电位以及电流密度的分布。模拟结果表明:重熔系统稳态时高温区主要集中在渣池部分;在自耗电极端部、结晶器以及渣金界面处热流密度大;系统电位基本为层状分布,自耗电极端部电位最高,电流密度也最大;从自耗电极向下,电位、电流逐渐降低,铸锭电位基本为零。试验结果表明:根据有限元模拟结果来改进生产工艺,可以改善铸锭的微观组织。

超细Ni80Cr20合金丝的冷拉拔制备及表征

开展特定直径超细Ni80Cr20合金丝的冷拉拔制备研究,并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和金属丝强力仪等对超细合金丝进行了表征。研究结果表明:烧头过程最佳电解液浓度为0.05mol/L,时间为3s;制备的镍铬合金丝直径为24.54μm,表面光滑,尺寸精准;拉拔后晶粒尺寸减小,退火后晶粒尺寸长大;拉拔态镍铬丝由于加工硬化,其伸长率由16%降低至1.88%;退火可改善镍铬丝性能,其断裂强度降低,伸长率增大,合金塑性增强,氮气退火丝的断裂强度大于真空退火丝的断裂强度,伸长率则相反。

Cr20Ni80电热合金盘圆轧制孔型应用研究

镍铬类电热合金是重要的电热工程材料,盘圆轧制是这类线材生产的重要工序。本文研究了采用横列式轧机轧制 Cr20Ni80电热合金盘圆的孔型设计,对易产生的轧制缺陷进行了分析,提出了孔型优化方案。