标题：电热合金
简介
electrical heating alloy；electrothermal alloy 
  电热合金用于制造电热元件的合金材料。当电流通过合金元件时，产生焦耳效应，将电能转变成热能。电热合金产品一般制成细的丝材（电热丝）、圆线材、扁带材(电阻带)，在特殊要求下也可制成管材和铸件。 
一般具有电阻率大、耐热疲劳、抗腐蚀和高温形状稳定性好等特点。它可有效地将电能转化为热能。
电热合金在高温时表面形成致密的氧化膜，故有良好的抗氧化性能。
分类
它分为Ni-Cr-(Fe)型和Ni-Cr-Al型两类。
(1)Ni-Cr-(Fe)型合金以镍(或铁)为基，一般含15%～30%Cr，29%～80%Ni，呈奥氏体组织，普遍使用的20Cr-80Ni合金的最高使用温度为1100℃。
(2)Fe-Cr-Al型合金以铁为基，一般含12%～30%Cr，4%～8%Al，余为Fe，呈铁素体组织。如17Cr-5A1-Fe，25Cr-5Al-Fe，28Cr-8Al-1Ti-Fe合金，最高使用温度依次可达1050℃、1200℃和1300℃。
电热合金性能要求
①在高温下应有良好的抗氧化性（或抗介质气氛侵蚀性）及足够的抗蠕变性能。②应有较高的电阻率，电阻率温度系数尽可能低，可以承受较大的电流。③应有良好的冶金生产工艺性能和制造加工性能。 
1906年,英国马什(A.L.Marsh)研制成镍铬电热合金Cr20Ni80，美国隆斯伯里（F.B.Lounsberry）于1929年、苏联科尔尼洛夫（И.И.корнилов）等于 1934年先后研究铁中加入Al2～6%、Cr7～13%的 Fe-Cr-Al合金的物理性能。在此基础上，制成Fe-Cr-Al型电热合金。中国于1949年制成上述两种电热合金。70年代，各国生产和应用电热合金的牌号约30余种，但生产量较大、用途较广的只有少数几种牌号。
电热合金类型
Ni-Cr-（Fe）型电热合金 这类合金以镍或铁为基体，一般含Cr15～31%，含Ni29～80%，呈奥氏体组织。例如Cr20Ni30、Cr20Ni80、Cr30Ni70等，最高使用温度依次可达 950、1100、1200℃。合金中如加入微量Ca、Ce、Zr、Ti和Si等元素可改善性能。这类合金的特点是以氧化铬(Cr2O3)构成表面保护膜,耐蚀性强，高温强度高，成型加工和焊接性能好。缺点是价格高，并且不宜在含硫气氛中使用。 
Fe－Cr－Al型电热合金 这类合金以铁为基体，含Cr12～30%，Al4～8%，Cr与Al的适当配比以及添加微量的 La、Ce、Y等元素，可获得高性能的电热合金。例如Cr17Al5、Cr25Al5、Cr28Al8Ti等,最高使用温度依次可达1050、1200、1300℃。这类合金为铁素体组织，在450℃和700℃左右分别有脆化区,在高温下长期使用,晶粒容易粗化，因而高温抗蠕变性能和室温韧性较低，但电阻率高，抗氧化性良好，且价格便宜，因而应用广泛。
铁铬铝电热合金的优点
大气中使用温度高铁铬铝电热合金中的HRE合金最高使用温度可达1400℃，而镍铬电热合金中的Cr20Ni80合金最高使用温度为1200℃。使用寿命长在大气中相同的较高使用温度下，铁铬铝元件的寿命可为镍铬元件的2-4倍。表面负荷高由于铁铬铝合金允许使用温度高，寿命长，所以元件表面负荷也可以高一些，这不仅使升温快，也可以节省合金材料。抗氧化性能好铁铬铝合金表面上生成的Al2O3氧化膜结构致密，与基体粘着性能好，不易因散落而造成污染。另外，Al2O3的电阻率高，熔点也高，这些因素决定了Al2O3氧化膜具有优良的抗氧化性。抗渗碳性能也比镍铬合金表面生成的Cr2O3好。比重小铁铬铝合金的比重比镍铬合金小，这意味着制作同等的元件时用铁铬铝比用镍铬更省材料。电阻率高铁铬铝合金的电阻率比镍铬合金高，在设计元件时就可以选用较大规格的合金材料，这有利于延长元件使用寿命，对于细合金线这点尤为重要。当选用规格相同的材料时，电阻率愈高愈节省材料，元件在炉内所占的位置也愈小。另外，铁铬铝合金的电阻率受冷加工和热处理的影响比镍铬合金小。抗硫性能好对含硫气氛及表面受含硫物质污染时铁铬铝有很好的耐蚀性，而镍铬则会受到严重的侵蚀。价格便宜铁铬铝由于不含较稀缺的镍，故价格比镍铬便宜得多。
铁铬铝合金的缺点主要是高温强度低，随着温度升高其塑性增大。在1000℃以上材料往往由于自身重量的作用会慢慢伸长而引起元件变形。另外，经高温长时间使用，随炉冷却后，随晶粒长大而变脆，不能冷态加以弯曲。这些缺点在设计和使用上都应加以避免和克服。
镍铬电热合金的优点
高温强度高镍铬合金由于高温强度比铁铬铝高，高温使用时不易变形，元件的布置选择余地大。可塑性仍很好镍铬合金长时间使用后冷却下来也不会变脆，因此，发热元件使用比较可靠，损坏后也便于维修。发射率高充分氧化后的镍铬合金辐射率比铁铬铝合金高，因此，当表面负荷相同的时候，镍铬合金元件的温度要比铁铬铝略低一些。无磁性镍铬合金无磁性（Cr15Ni60在低温下有弱磁性），这对于一些低温下使用的器具更为合适。铁铬铝合金要在600℃以上才无磁性。较好的耐腐蚀性镍铬合金一般比未经氧化的铁铬铝合金耐腐蚀（含硫气氛及某些可控气氛除外）。
生产工艺
电热合金的冶炼应根据合金的化学成分，特别是碳、磷、硫以及为提高合金性能加入的微量元素和对合金纯度的要求，分别采用电弧炉、真空感应炉以及电渣重熔等方法冶炼。为改善合金的加工性能，在冶炼过程中应加强脱氧，防止铸锭时二次氧化，减少偏析和粗大的柱状结晶组织。 
Ni-Cr-(Fe)型合金的热塑性加工应避免在含硫气氛中加热，以防止形成低熔点硫化镍而造成工件的表面裂纹。合金的冷塑性加工性能良好，每次退火软化处理之后，冷加工变形率可达60～80%。Fe-Cr-Al型合金在热加工过程中应防止加热温度过高和加热时间过长，以避免晶粒粗化。热加工终止温度一般不高于 850℃。这类合金的冷加工性能较差，因此在冷加工过程中应及时进行再结晶退火处理，采用均匀变形的工艺方法并加强润滑。
电热合金主要性能
[1]牌号\性能
Cr15Ni60
Cr20Ni80
Cr20Ni35
OCr25A15
Ocr21A16Nb
Ocr27A17Mo2
主
要
化
学
成
份
%
C
不
大
于
0.08
0.08
0.10
0.06
0.05
0.05
P
0.02
0.02
0.03
0.025
0.025
0.025
S
0.015
0.015
0.025
0.025
0.025
0.025
Mn
0.60
0.60
1.00
0.70
0.70
0.20
Si
0.75～1.60
0.75～1.60
1.00～3.00
≤0.60
≤0.60
≤0.60
Cr
15.00～18.00
20.00～23.00
18.00～21.00
23.00～26.00
21.00～23.00
26.50～27.80
Ni
55.00～61.00
余
34.00～37.00
≤0.60
≤0.60
≤0.60
Al
≤0.50
≤0.50
≤0.50
4.50～6.50
5.00～7.00
6.00～7.00
Mo
/
/
/
/
/
1.80～2.20
Fe
余
≤1.00
余
余
余
余
Nb
/
/
/
/
0.50
/
最高使用温度℃
1150
1200
1100
1250
1350
1400
熔点℃
1350
1400
1350
1500
1510
1520
密度g/cm
8.2
8.4
8.0
7.1
7.1
7.1
电阻率20℃mm/m
1.12±0.06
1.14±0.05
1.05±0.05
1.42±0.07
1.45±0.07
1.53±0.07
伸长率δ%
>20
>20
>25
>12
>12
>10
反复弯曲次数
>9
>9
>9
>6
>6
>6
快速寿命试验℃/小时
1120/100
1175/100
1120/100
1250/100
1350/50
1350/50
磁性
非磁性
非磁性
非磁性
磁性
磁性
磁性