DE1927334A1

DE1927334A1 - Hitzebestaendige Nickel-Eisen-Legierung

Info

Publication number: DE1927334A1
Application number: DE19691927334
Authority: DE
Inventors: Sommer Dipl-Phys Georg; Pfeiffer Dipl-Chem Dr Harald
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1969-05-29
Filing date: 1969-05-29
Publication date: 1970-12-03
Also published as: DE1927334B2; DE1927334C3

Description

Hitzebeständige Nickel-Eisen-1£egierung Die Erfindung betrifft eine Nickel-Eisen"Legierung mit einem Nickel-Gehalt von 66 bis 72 7%, die sich durch hohe Zunderbeständigkeit, durch einen niedrigen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur und durch einen großen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes auszeichnet Zunderfeste Legierungen, deren elektrischer Widerstand mit zunehmender Temperatur stark ansteigt, sind für zahlreiche Anwendungen in der Elektrowärmetechnik und in der Regeltechnik erforderlich. Sie werden insbesondere als Heizleiter für Elektrowärmegeräte benötigt, die einerseits eine möglichst kurze Anheizzeit besitzen und andererseits ohne einen zusätzlichen Regelmechanismus zur Temperaturbegrenzung funktionieren sollen. Eine solche Selbstregelung erfordert einen so hohen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes, daß-die Heizleistung mit zunehmender Temperatur auf einen Wert absinkt, der eine Üterhitzung ausschließt0 Sowohl die bekannten ferritischen Heizleiterlegierungen auf Eisen-Chrom-Basis als auch die zum Stand der. Technik gehörenden austenitischen Heizleiterlegierungen auf Nickel-Chrom-Basis zeichnen sich zwar durch eine sehr hohe Zunderbeständigkeit aus, weisen aber nur einen geringfügig mit der Temperatur sich ändernden Widerstand auf und sind demzufolge für die vorgenannten Anwendungen nicht geeignet, Demgegenüber besitzt eine gleichfalls bekannte Nickel-Eisen-Legierung mit rund 70 % Nickel infolge ihrer hohen magnetischen Umwandlungstemperatur an sich einen großen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes, nachteiligerweise hängt er aber vom Ausmaß der Ni3Fe-Einstellung unterhalb 6000C ab, und außerdem ist eine solche Nickel-Eisen-Legierung, obgleich oxydationsbeständiger als ihre Komponenten, nur wenig zunderfest, Zur Unterdrückung der Ni3Fe-Einstellung wurde 70 obigem Nickel-Eisen bereits 1 % Chrom zulegiertO Diese Maßnahme führt zwar zu einem reproduzierbaren Ealtwiderstand, zugleich erhöht sich aber der spezifische Widerstand, der Matthiesen'schen Regel folgend, von 0,26 auf 0,36 Ohm#mm², also um nahezu 40 %, und dementm sprechend verringert sich der Temperaturkoeffizient des Widerstandes, Eine solche Legierung besitzt überdies nur bis rund 7000C eine genügende Zunderfestigkeit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der aufgezeigten Nachteile eine Nickel-Eisen-Legierung bereit zu stellen, die einen niedrigen Kaltwiderstand sowie einen hohen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aufweist und außerdem eine erheblich verbesserte Zunderbeständigkeit besitzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Legierung gelöst, die folgende Bestandteile (in Gew.-%) enthält: 66 bis 72 * Nickel, 0,4 bis 0,8 * Aluminium, 0,2 bis 0,6 % Chrom, 0,05 bis 0,2 % Seltene Erdmetalle,insbOCer, 0 bis 0,05 % Kalzium, Rest Eisen und insgesamt weniger als 1 * Desoxydations- und Verarbeitungszusätze.
Insbesondere genügt der gestellten Aufgabe eine Nickel-Eisen-Legierung, die durch folgende Zusammensetzung gekennzeichnet ist: 67 bis 70 * Nickel, 0,5 bis 0,7 * Aluminium, 0,3 bis 0,5 * Chrom, 0,05 bis 0,15 * Cer, Rest Eisen und insgesamt weniger als 1 * Desoxydations- und VerarbeitungszusätzeO Gegenüber der vorbekannten Nickel-Eisen-Legierung mit 1 % Chrom enthalten die erfindungsgemäßen Legierungen weniger als 0,6 * Chrom, vorzugsweise weniger als 0,5 % Chrom, und sie besitzen als zusätzliche Komponenten Aluminium und Seltene Erdmetalle, wobei letztere vornehmlich in Form von Cer-Mischmetall der Schmelze zugesetzt werden6 Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch eine solche Verringerung des Chrom-Gehaltes und durch das Zulegieren von Aluminium und Seltenen Erdmetallen in der angegebenen Konzentration nicht nur die Ausbildung der Uberstrukturphase Ni3Fe unterdrückt wird, was die Stabilisierung der Widerstandscharakteristik der erv findungsgemäßen Legierungen zur Folge hat, sondern daß gleichzeitiüg auch der Kaltwiderstand um rund 15 * gesenkt und damit die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von der Temperatur entsprechend erhöht wird.0 Obgleich nach dem vorbekannten Stand des Wissens Eisen-Nickel-Legierungen auch dann keine nennenswerte Zunderbeständigkeit besitzen, wenn man ihnen verhältnismäßig hohe Aluminium-Zusätze zugibt (deutsche Patentschrift Nr. 749 881, Seite 1, Zeilen 9 bis 13), weisen die erfindungsgemäßen Legierungen mit einem nur kleinen Aluminium-Zusatz in Verbindung mit einem geringen Zusatz von Seltenen Erdmetallen außerdem eine beträchtlich erhöhte Zunderfestigkeit auf.
So erreichte beispielsweise eine 68,2 * Nickel, 0,55 % Aluminium, 0,4 % Chrom und 0,1 * Cer enthaltende Nickel-Eisen-Legierung in einer Zunderbeständigkeitsprüfung, in welcher Wendeln aus 0,4 mm dickem Draht im 2-Minuten-Zyklus augeheizt wurden, bei 1050°C eine Lebensdauer von 53 Stunden Der Xaltwiderstand dieser erfindungsgemäßen Legierung betrug 0,304 Ohm#mm², und ihr Widerstand m bei 6000C war um das 3,3-fache größer als bei 200 Co Als Desoxydations- und Verarbeitungszusätze enthielt sie.
0,16 % Silzium und 0,52 % Mangan.
Infolge des günstigen Kaltwiderstandes, des großen Temperaturkoeffizienten und der erheblich verbesserten Zunderbeständigkeit, die Dauerverwendungstemperaturen von mehr als 950°C zuläßt, eignen sich die erfindungsgemäßen Nickel-Eisen-Legierungen insbesondere als Heizleiter für Elektrowärmegeräte, die eine nur kurze Anheizzeit besitzen und sich durch Leistungsdrosselung mit ansteigender Temperatur selbständig auf die Arbeitstemperatur einregeln sollen Der günstige Temperaturbeiwert des Widerstandes gestattet ferner, die erfindungsgemäßen Legierungen als Werkstoff zur Herstbllung regeltechnischer Steuerglieder zu verwenden

Claims

Patentansprüche 1. Hitzebeständige Nickel-Eisen Legierung mit großem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes, bestehend aus 66 bis 72 0% Nickel, 0,4 bis 0,8 * Aluminium, 0,2 bis 0,6 * Chrom, 0,05 bis 0,2 % Seltene Erdmetalle,insb.Cer, 0 bis 0,05 % Kalzium, Rest Eisen und insgesamt weniger als 1 * Desoxydations- und Verarbeitungszusätze.
2. Legierung nach Anspruch 1, bestehend aus 67 bis 70 % Nickel, 0,5 bis 0,7 * Aluminium, 0,3 bis 0,5 % Chrom, 0,05 bis 0,15 % Cer, Rest Eisen und insgesamt weniger als 1 % Desoxydations- und Verarbeitungszusätze.
3o Verwendung einer Nickel-Eisen-Legierung nach den Ansprüchen 1 oder 2 als Werkstoff zur Herstellung eines Heizleiters.
4. Verwendung einer Nickel-Eisen-Legierung nach den Ansprüchen 1 oder 2 als Werkstoff zur Herstellung eines temperaturabhängigen regeltechnischen Steuergliedes.