DE19925694A1 - Legierung aufgrund des Eisens und Erzeugnisse, die sich aus der aus der ausführen lassen - Google Patents

Legierung aufgrund des Eisens und Erzeugnisse, die sich aus der aus der ausführen lassen

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Abstract

Es sind einige Legierungen bekannt, die folgende Nachteile haben: DOLLAR A - niedriger spezifischer elektrischer Widerstand; DOLLAR A - sie weisen bei den aus ihnen hergestellten Fertigungsproduktion eine unzureichende Festigkeit auf, DOLLAR A - die hohen Kosten von Erzeugnissen, die mit dem Gehalt der Legierung, aus denen es hergestellt ist, und den defizitären und kostspieligen Legierungszugaben verbunden ist. DOLLAR A Die Aufgabe, auf deren Lösung die Erfindung gerichtet ist, besteht in der Schaffung eines Materials für Tieftemperaturheizgeräte, das einen hohen elektrischen Widerstand und eine ausreichende Festigkeit kombiniert mit Verformbarkeit aufzeigt, die die Herstellung eines hyperfeinen Erzeugnisses, insbesondere eines feinen Drahtes und einer feinen Folie, ermöglicht. Außerdem soll dieses Material keine teuren Legierungssätze beinhalten und so preiswert wie nur möglich sein. DOLLAR A Das technische Ergebnis der Erfindung ist die Erhöhung des ohmschen Widerstandes und der Festigkeit der Legierung und der Ergebnisse, die aus ihr hergestllt sind, bei Beibehaltung des Niveaus der technologischen Plastizität der Legierung und Steigerung der spezifischen Oberflächenleistung bei den Erzeugnissen.

Description

Die nachfolgend beschriebene Erfindung wurde auf dem Gebiet der Metallurgie gemacht und gehört in die Gruppe der Legierungen mit hohem elektrischen Widerstand des Systems Eisen-Chrom-Aluminium sowie der Erzeugnisse, die aus der genannter Legierung produziert wurden. Die Erfindung kann in elektrischen Wärmöfen, elektrischer Haushaltsgeräten und Geräten mit Wärmewirkung verwendet werden.
Die Aufgabe, auf deren Lösung die Erfindung gerichtet ist, besteht in der Schaffung eines Materials für Tieftemperaturheizgeräte, das einen hohen elektrischen Widerstand und eine ausreichende Festigkeit kombiniert mit Verformbarkeit aufzeigt, die die Herstellung eines hyperfeinen Erzeugnisses insbesondere eines feinen Drah­ tes und einer feinen ermöglicht. Außerdem soll dieses Material keine teure Legierungszusätze beinhalten und so preiswert wie nur möglich sein.
Bekannt ist die Eisenlegierung mit hohem Ohmwert, derer Zusammensetzung (Masse%) wie folgt ist:
Chrom 15,0-30,0
Aluminium 3,0-7,0
eins aus den Elementen: Beryllium, Barium, Magnesium 0,0010,5
Eisen und Beimengungen der Rest
(Patent USA Nr. 3579329 NKI 75-124, veröffentlich 1971)
Legierungseigenschaften:
Spezifischer elektr. Widerstand ρ = 1,30-1,40 mkOhm ,
Bruchfestigkeit: GB = 65-70 kg/mmˆ2,
Fließgrenze: GT = 35-45 kg/mmˆ2.
Doch diese Legierung hat eine unzureichende technologi­ sche Verformbarkeit und kann bei der Herstellung von Mikrofolien nicht verwendet werden.
Bekannt ist auch das Erzeugnis (Folie, Kaliber: 0,05 mm), das aus der Eisenlegierung des Systems: Eisen- Chrom-Aluminium hergestellt wird, welches wie folgt enthält (Masse %):
Chrom 14,5-22,5
Aluminium 4,5-5,5
Zer 0,001-0,005
Yttrium 0,005-0,5
Zirkonium 0,005-0,3
Eisen der Rest
wobei: Die Summe Chrom + Aluminium = 19,1-27,8 und die Summe Zer + Yttrium = 0,07-0,54 (ausmacht.).
(Patent Russische Föderation Nr. 2070604, Beschrei­ bung, MKI C22C38/28 veröffenlicht 1996)
Ein Nachteil des bekannten Erzeugnisses ist sein nicht hoher elektrischer Widerstand.
Bekannt sind Erzeugnisse (Draht und Folie mit dem Mikroquerschnitt von 0.03-0,2 mm, die aus der Legierung des Systems: Eisen-Chrom-Aluminium für Widerstände, hergestellt wurden, deren spezifischer Ohmwert 1,4-1,5 mkOhm m beträgt.
Die Legierung enthält (Masse %):
Chrom 13,8-15,2
Aluminium 5,0-5,7
Molybdän 1,1-1,5
Vanadin 3,2-3,8
Eisen der Rest
(Handbuch "Feinlegierungen" unter Redaktionsleitung von Molotilov B. V., Verlag "Metallurgija", Moskau 1983, S. 331-333) (Prototyp der Erfindung "Legierung").
Der Nachteil der genannten Erzeugnisse sind die hohen Herstellungskosten, die mit dem Gehalt der Legierung, aus denen sie hergestellt sind, und den kostspieligen Legierungszugaben verbunden sind.
Am nächsten zu der Erfindung steht seinem technischen Wesen und erzielbaren Ergebnis nach die Eisenlegierung mit folgendem Gehalt (Masse %):
Chrom 13,5-15,5
Aluminium 4,5-5,3
Silizium < = 1,0
Titan 0,2-0,6
Nickel < = 0,6
Eisen der Rest
(Handbuch "Feinlegierungen" unter Redaktionsleitung von Molotilov B. V., Verlag "Metallurgija", Moskau 1983, S. 315) (Prototyp der Erfindung "Splaw" {"Legierung"}).
Die vorstehend genannte Legierung hat einen ziemlich niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand (Nominal­ wert ρ = 1,29 mkOhm.m) und weist bei der aus ihr hergestellten Fertigproduktion eine unzureichende Festigkeit auf.
Die Zugfestigkeit dieser Legierung beträgt weniger als GB = 65 kgSek/mmˆA2, was eine mechanische und plastische Bearbeitung bei der Herstellung von Erzeugnissen daraus unmöglich macht.
Bekannt ist auch das Erzeugnis, welches aus der Eisen­ legierung des Systems Eisen-Chrom-Aluminium hergestellt wurde, das einen erhöhten elektrischen Widerstand hat, nämlich Draht mit einem Durchmesser von 30 mkm.
Die Legierung enthält (Masse %):
Chrom 13,8-15,2
Aluminium 5,0-5,7
Vanadin 3,2-3,8
Molybdän 1,1-1,6
Zer 0,01-0,03
Eiserz der Rest
Eigenschaften der Legierung, aus der das Erzeugnis hergestellt ist:
spezifischer elektrischer Widerstand: ρ = 1,45-1,55 mkOhm m
Bruchfestigkeit: Gb = 85-92 kg/mm,
prozentuale Dehnung: δ4 = 10-12%.
Bei solchem spezifischen elektrischen Widerstand müssen die Heizelemente aus Legierung der angegebenen Zusammen­ setzung bei Arbeitstemperaturen von 100-300°C eine zulässige spezifische Oberflächenleistung P = 6-8 W/cm2 haben.
(Urheberschein UdSSR Nr. 592865, Beschreibung MKI C22C38/24, veröffentlicht 1978). (Prototyp der Erfindung "Izdelie" {"Erzeugnis"'}).
Der Nachteil des genannten Erzeugnisses sind die hohen Kosten, die mit dem Gehalt der Legierung, aus denen es hergestellt ist, und den defizitären und kostspieligen Legierungszugaben verbunden sind.
Das technische Ergebnis der Erfindung ist die Erhöhung des ohmschen Widerstandes und der Festigkeit der Legierung und der Erzeugnisse, die aus ihr hergestellt sind, bei Beibehaltung des Niveaus der technologischen Plastizität der Legierung und Steigerung der spezifi­ schen Oberflächenleistung bei den Erzeugnissen.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß in der Eisen­ legierung mit erhöhtem elektrischen Widerstand, die chrom-, aluminium-, silizium- und titanhaltig ist, gemäß der Erfindung, die Komponente sich im folgenden Verhältnis befinden (Mas.%):
Chrom 13,5-15,5
Aluminium 4,5-6,0
Silizium 0,3-1,2
Titan 0,2-0,6
AL=L<Eisen und Begleiter das übrige
wobei der Chrom- und Aluminiumgehalt durch folgendes Verhältnis bestimmt wird
%Cr + 6 (%Al) = 49-50.
Der Siliziumgehalt wird je nach dem vorgegebenen Zuwachs des spezifischen elektrischen Widerstandes im Einklang mit dem Verhältnis bestimmt
wo Δρ - Zuwachs des spezifischen elektrischen Widerstandes gegenüber dem spezifischen elektrischen Widerstand der Legierungen mit minimalen Siliziumgehalt, mkOm'm bedeutet.
Das Wesen der Erfindung besteht auch darin, daß Erzeug­ nisse mit erhöhtem elektrischen Widerstand aus der Legierung der obengenannten Zusammensetzung hergestellt wurden. Die zulässige spezifische Oberflächenleistung beträgt bei Arbeitstemperaturen von 100-300°C nicht weniger als 9 W/cm2.
Die Steigerung des Siliziumgehalts bis zu 6% macht die Erhöhung des spezifischen elektrischen Widerstandes mög­ lich. Die weitere Steigerung des Aluminiumgehalts wird durch Abfall der technologischen Plastizität begleitet, was die Herstellung einer hyperfeinen Folie unmöglich macht.
Steigerung des Siliziumgehalts bis zu 1,2% ruft einen Zuwachs des spezifischen elektrischen Widerstandes her­ vor. Die weitere Erhöhung des Siliziumgehalts vermindert die Verformbarkeit der Legierung beim Kaltwalzen.
Die Einhaltung der Beziehung %Cr + 6(%Al) = 49-50 ist für die Sicherung der hohen Festigkeit des Materials bei Beibehaltung seiner befriedigender technologischen Plas­ tizität notwendig.
Die Abweichung von der vorgeschlagenen Abhängigkeit in die kleinere oder größere Seite führt entsprechend ent­ weder zur Minderung des spezifischen elektrischen Wider­ standes oder zur Minderung der plastischen Eigenschaf­ ten.
Der Siliziumgehalt kann je nach dem vorgegebenen Zuwachs des spezifischen elektrischen Widerstandes nach dem oben vorgeschlagenen Verhältnis gewählt werden.
Die Fertigung von Erzeugnissen aus der vorgeschlagenen Legierung gewährleistet ein hohes Niveau ihrer Eigen­ schaften, solcher wie spezifischer elektrischer Wider­ stand, zulässige Oberflächenleistung, Festigkeit und Plastizität.
Beispiel 1. Die Legierung hat nach dem Erschmelzen in offenen Induktionsöfen, Schmieden, Warm- und Kaltwalzen mit intermediären Wärmebehandlungen eine chemische Zusammensetzung und besitzt elektrische und mechanische Eigenschaften gemäß der Tabelle 1.
Aus der Tabelle 1 sieht man, daß die Erhöhung des Aluminiumgehalts bis zu 6% zur Steigerung des spezifi­ schen Widerstandes bis zu der Größe 1,41 mkOhm.m führt, die wesentlich den Wert beim Prototyp übersteigt. Dabei erlaubt die Einhaltung des Gesamtverhältnisses von Chrom und Aluminium in den vorgeschlagenen Grenzen (49-50) ein Material mit einer Zugfestigkeit Gb = 80 kgC/mm 2 bei befriedigender prozentualer Dehnung = 14-18% zu gewin­ nen, was im Niveau der Eigenschaften des Prototyps liegt.
Tabelle 1
Beispiel 2
Die Notwendigkeit der Steigerung des spezifischen elek­ trischen Widerstandes auf 0,15-0,25 mkOhm.m berücksich­ tigend, benutzte man bei den weiteren Berechnungen des notwendigen Siliziumgehalts die Legierung Nr. 1 mit fixierten Werten Chroms (15,34%) und Aluminiums (5,51%) und des spezifischen elektrischen Widerstandes (1,29 mkChm m). Den Siliziumgehalt bestimmte man nach der vorgeschlagenen Abhängigkeit:
Danach schmolz und bearbeitete man Legierungen des er­ rechneten Gehalts nach der Technologie, die im Beispiel 1 beschrieben ist. Der spezifische elektrische Wider­ stand der Legierungen betrug 1,44 und 1,54 mOhm m, entsprechend.
Beispiel 3
Die Mikrofolie erhöhter Festigkeit der Dicke 10-50 mkm produzierte man aus der Legierung, die wie folgt enthält (Masse %):
Chrom 14,06
Aluminium 5,08 (5,98)
Silizium 0,40
Titan 0,31
Eisen und Begleiter das restliche
Die Schmelzung und Bearbeitung der Legierung wurde nach der Technologie ausgeführt, die im Beispiel 1 beschrie­ ben wurde. Durch Kaltwalzen mit dem Verformungsgrad von 78% hat man eine Folie der Dicke 20 mkm hergestellt, die Zugfestigkeit Gb = 81,8 kgC/mm2 bei prozentualer Dehnung = 16,9%. Dabei betrug die zulässige spezifische Oberflächenleistung bei der Arbeitstemperatur 280°C 9,1 W/cm2, was höher der entsprechenden Werten des Prototyps ist.
ERFINDUNGSFORMEL
  • 1. Eisenlegierung mit erhöhtem elektrischen Widerstand, chrom-, aluminium-, silizium- und titanhal­ tig, die sich dadurch unterscheidet, daß sie Komponente im folgenden Verhältnis beinhaltet (Mas.%):
    Chrom 13,5-15,5
    Aluminium 4,5-6,0
    Silizium 0,3-1,2
    Titan 0,2-0,6
    AL=L<Eisen und Begleiter das übrige
    wobei der Chrom- und Aluminiumgehalt durch folgendes Verhältnis bestimmt wird
    %Cr + 6 (%Al) = 49-50.
  • 2. Die Legierung zu P.1, unterscheidet sich dadurch daß man den Siliziumgehalt je nach dem vorgegebenen Zuwachs des spezifischen elektrischen Widerstandes im Einklang mit dem Verhältnis bestimmt
    wo Δρ-Zuwachs des spezifischen elektrischen Widerstandes gegenüber dem spezifischen elektrischen Widerstand der Legierungen mit minimalen Siliziumgehalt, mkOm'm bedeu­ tet.
  • 3. Erzeugnis, ausgeführt aus Eisenlegierung mit erhöhtem elektrischen Widerstand, unterscheidet sich dadurch, daß es aus Legierung nach P.1 oder P.2 ausge­ führt wurde.
  • 4. Erzeugnis nach P.3, das sich dadurch unterschei­ det, daß die zulässige spezifische Oberflächenleistung bei Arbeitstemperaturen von 100-300°C nicht weniger als 9 W/cm2 beträgt.
Die Erfindung gehört in den Metallurgiebereich und nämlich zu der Legierungsgruppe mit hohem elektrischen Widerstand des Systems Eisen-Chrom-Aluminium und den Erzeugnissen, die aus der genannter Legierung produziert wurden. Die Erfindung kann in elektrischen Wärmöfen, elektrischen Haushaltsgeräten und Geräten mit Wärme­ wirkung verwendet werden.
Die Aufgabe, auf deren Lösung die Erfindung gerichtet ist, besteht in der Schaffung eines Materials für Tieftemperaturheizgeräte, das einen hohen elektrischen Widerstand und eine ausreichende Festigkeit kombiniert mit Verformbarkeit aufzeigt, die die Herstellung eines hyperfeinen Erzeugnisses insbesondere eines feinen Drah­ tes und einer feinen ermöglicht. Außerdem soll dieses Material keine teure Legierungszusätze beinhalten und so preiswert wie nur möglich sein.
Der Kern der Erfindung besteht darin, daß in der Eisen­ legierung mit hohem elektrischen Widerstand, die Chrom, Aluminium, Silizium und Titan enthält, gemäß der Erfin­ dung die Komponente in folgendem Verhältnis enthalten sind (Masse %):
Chrom 13,5-15,5
Aluminium 4,5-6,0
Silizium 0,3-1,2
Titan 0,2-0,6
Eisen und unvermeidliche Begleitelemente der Rest
dabei wird der Chrom- und Aluminiumgehalt durch das Verhältnis
%Cr + 6 (Al) = 49-50
festgelegt.
Der Siliziumgehalt wird je nach dem vorgegebenen Zuwachs des spezifischen elektrischen Widerstandes entsprechend der Proportion wie folgt errechnet:
wo Δρ den Zuwachs des spe­ zifischen elektrischen Widerstandes in Bezug auf den spezifischen elektrischen Widerstand der Legierungen mit minimalem Siliziumgehalt, mkOhm.m, bedeutet.
Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht auch darin, daß Erzeugnisse mit besonders hohem elektrischen Wider­ stand aus der Legierung der obengenannten Zusammenset­ zung hergestellt werden. Dabei beträgt die zulässige spezifische Oberflächenleistung bei Arbeitstemperaturen von 100-300°C nicht weniger als 9 W/cm2.

Claims (2)

1. Eisenlegierung mit erhöhtem ohmschen Widerstand, die chrom-, aluminium-, silizium, und titanhaltig ist. Die Komponente befinden sich im folgenden Verhältnis:
Chrom 13,5-15,5 Aluminium 4,5-6,0 Silizium 0,3-0,6 Titan 0,2-0,6 AL=L<Eisen und Begleiter das übrige
wobei der Chrom- und Aluminiumgehalt durch folgendes Verhältnis bestimmt wird
%Cr + 6 (%Al) = 49-50.
2. Siliziumgehalt wird je nach dem vorgegebenen Zuwachs des spezifischen Widerstandes im Einklang mit dem Verhältnis bestimmt
wo Δρ-Zuwachs des spezifischen elektrischen Widerstandes gegenüber dem spezifischen elektrischen Widerstand der Legierungen mit minimalen Siliziuminhalt, mkO'm bedeutet.
DE1999125694 1998-07-06 1999-06-04 Verfahren zum Einstellen des elektrischen Widerstands einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung Expired - Fee Related DE19925694C2 (de)

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