DE1927334C3

DE1927334C3 - Hitzebeständige Nickel-Eisen-Legierung

Info

Publication number: DE1927334C3
Application number: DE19691927334
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Chem. Dr. Pfeiffer; Georg Dipl.-Phys. Sommer
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: 1978-04-20
Also published as: DE1927334A1; DE1927334B2

Description

67 bis 70% Nickel,

03 bis 0,7% Aluminium,

03 bis 03% Chrom,

0,05 bis 0,15% Cer,

Rest Eisen und insgesamt weniger als 1% Desoxydations- und Verarbeitungszusätze.

3. 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.

IQ

35

Die Erfindung betrifft eine Nickel-Eisen-Legierung mit einem Nickel-Gehalt von 66 bis 72%, 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 so einen so hohen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes, daß die Heizleistung mit zunehmender Temperatur auf einen Wert absinkt, der eine Überhitzung ausschließt

Sowohl die bekannten ferritischen Heizleiterlegierungen auf Eisen-Chrom-Basis als auch die zum Stand der Technik gehörenden austenitischen HeizleiterlegierungiMi 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 f.-s großen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes, nachteiligerweise hängt er aber vom Ausmaß der NiiFe-Einstellung unterhalb 600⁰C ab, und außerdem ist eine solche Nickel-Eisen-Legierung, obgleich oxycjationsbeständiger als ihre Komponenten, nur wenig zunderfest

Zur Unterdrückung der NijFe-Einsteüung wurde 70%igem Nickel-Eisen bereits 1% Chrom zulegiert Diese Maßnahme führt zwar zu einem reproduzierbaren Kaltwiderstand, zugleich erhöht sich aber der spezifische Widerstand, der Matthiessenschen Regel folgend, von

t\ ->t _rnv Ohm · mm"
0,26 auf 0,36

also um nahezu 40%, und dementsprechend 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 ex-rs 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, insb. Cer,
0 bis 0,05% Kalzium,

Insbesondere genügt der gestellten Aufgabe eine Nickel-Eisen-Legierung, die durch folgende Zusammensetzung gekennzeichnet ist:

67 bis 70% Nickel,
03 bis 0,7% Aluminium,
03 bis 03% Chrom,
0,05 bis 0,15% Cer,

Gegenüber der vorbekannten Nickel-Eisen-Legierung mit 1% Chrom enthalten die erfindungsgemäßen Legierungen weniger als 0,6% Chrom, vorzugsweise weniger als 03% Chrom, und sie besitzen als zusätzliche Komponenten Aluminium und Seltene Erdmetalle, wobei letztere vornehmlich in Form von Cer-Mischmetali der Schmelze zugesetzt werden. Überraschenderweise hat stcii 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 Überstrukturphase NijFe unterdrückt wird, was die Stabilisierung der Widerstandscharakteristik der erfindungsgemäßen Legierungen zur Folge hat, sondern daß gleichzeitig auch der Kaltwiderstand um rund 15% gesenkt und damit die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von der Temperatur entsprechend erhöht wird. 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 7 49 881, Seite I₁ Zeilen 9 bis 13). v/eisen 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 aufgeheizt wurden, bei 1050⁰C eine Lebensdauer von 53 Stunden. Der spezifische Kaltwiderstand dieser erfindungsgemäßen Legierung betrug

0,304

und ihr Widerstand bei 600⁰C war um das 3,3fache

größer als bei 20⁰C, Als Desoxydations- und Verarbeitungszusätze enthielt sie 0,16% Silizium und 0,52% Mangan,

Infolge des günstigen Kaltwiderstandes, des großen Temperaturkoeffizienten und der erheblich verbesserten Zunderbeständigkeit, die Dauerverwendungsternperaturen von mehr als 95O⁰C zuläßt, eignen sich die erfindungsigemäßen Nickel-Eisen-Legierungen insbesondere als Heizleiter für Elektrowärmegeräte, db 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 Herstellung regeltechnischer Steuerglieder zu verwenden.

Claims

Patentansprüche;

1. Hitzebeständige Nickel-Eisen-Legjerung mit großem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes, bestehend aus

66 bis 72% Nickel,

0,4 bis 03% 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