Проводниковые материалы с большим удельным сопротивлением.
2.1. Используя справочные данные, заполните табл.3.
Основные характеристики материалов с большим удельным сопротивлением
| Характеристика | Манганин | Константан |
| Состав, % | ||
| Плотность, кг/ м 3 | ||
| Температура плавления, ®С | ||
| Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), 1/®С | ||
| Разрушающее напряжение при растяжении, Н/м 2 | ||
| Относительное удлинение,% | ||
| Удельное электрическое сопротивление, Ом·м | ||
| Область применения |
2.2. Определите вид проводникового материала по следующему описанию: «Сплав меди, никеля и марганца светло-оранжевого цвета, имеющий температуру плавления 960 ®С».
Ответьте на вопросы
2.3. В чем заключается достоинство манганиновых изделий?
2.4. Какие мероприятия проводят для увеличения стабилизации электрических характеристик манганиновых изделий?
2.5. Что происходит в изделиях из стабилизированных сортов манганина, когда рабочая температура становится выше 200 ®С?
Выберите правильный ответ
2.6. Изделия из нестабилизированного манганина могут работать при рабочей температуре, не превышающей:
| А. | 60®С |
| В. | 100®С |
| С. | 150®С |
| D. | 200®С |
2.7. Электрическое сопротивление изделий из константана:
| А. | Не изменяется при изменении температуры; |
| В. | Увеличивается при уменьшении температуры; |
| С. | Уменьшается при уменьшении температуры. |
2.8. Изолированная константановая проволока в паре с медной применяется для изготовления:
| А. | Шунтов для измерительных приборов; |
| В. | Термопар; |
| С. | Резисторов и потенциометров высокого класса; |
| D. | Всех перечисленных устройств. |
Жаростойкие проводниковые материалы
3.1. Используя справочные данные и материал учебника, заполните табл.4.
Основные характеристики жаростойких проводниковых материалов
| Характеристика | Нихром Х15Н60 | Ниххром Х20Н80 | Фехраль | Хромаль |
| Состав,% | ||||
| Плотность, кг/ м 3 | ||||
| Допустимая температура, ®С | ||||
| Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления, 1/®С | ||||
| Удельное электрическое сопротивление, мкОм·м | ||||
| Область применения |
3.2. Расшифруйте марки следующих жаростойких сплавов:
| Х15Н60 |
| Х30Н70 |
| Х13Ю4 |
| Х23Ю5Т |
3.3. Перечислите входящие в жаростойкие сплавы примеси, составляющие не более 0,5% и вызывающие некоторую хрупкость проволоки и лент, изготовленных из этих сплавов:
Ответьте на вопросы
3.4. Чем обусловлена жаростойкость сплавов?
3.5. Что представляют собой жаростойкие сплавы?
3.6. Почему жаростойкие сплавы обладают большим удельным сопротивлением и малыми значениями температурного коэффициента сопротивления?
Дата добавления: 2015-04-11 ; просмотров: 28 | Нарушение авторских прав
Источник
Слесарное дело
Инструмент
Материалы
Манганин
Манганин (Cu84Ni4Mn12) – это фирменное название сплава меди, марганца и никеля. В зависимости от марки этот сплав может содержать 2,5-3,5 % никеля и кобальта (Co Ni), 11,5-13,5 % марганца (Mn) и около 85 % меди (Cu). Манганин представляет собой реостатный сплав со средним значением удельного электрического сопротивления около 4,3 ∙ 10 −7 Ом ∙ м) и низким коэффициентом линейного теплового расширения (слабой зависимостью электрического сопротивления от температуры) (α = 0,02 ∙ 10 −3 K −1 ). Правда, кривая зависимости сопротивления от температуры не такая пологая, как для константана, да и коррозионная стойкость тоже ниже, чем у константана. До сих пор ведутся споры о том, кто открыл этот сплав, американец Эдвард Вестон в 1888 году или немцы Карл Фойзнер и Стефан Линдек в 1889 либо 1892 году. Тем не менее, в 1903 году манганин был зарегистрирован как торговый знак германского металлургического завода «Изабелленхютте Хойслер» (Isabellenhütte Heusler).
Данный сплав часто применяется для изготовления электрических приборов, шунтов, измерительных мостовых схем, эталонных сопротивлений. Кроме того, благодаря низкому сопротивлению в диапазоне комнатных температур, манганин используется в качестве вспомогательного материала при изготовлении высокоточных резисторов.
Этот сплав применяется для получения твердых (ПМТ = проволока манганиновая твердая) и мягких (ПММ = проволока манганиновая мягкая) сортов проволоки различного диаметра, а также металлической ленты разной ширины и толщины. Помимо этого, из манганина производятся твердый и мягкий обмоточный провод с эмалевой изоляцией, провод с изоляцией из натурального шелка, провод сопротивления со слоем шелка и эмалевой изоляцией.
Преимущество манганина по сравнению с константаном состоит в его низкой термической ЭДС (0,9 мВ — 1 мВ/°C) во время контакта с медью.
Однако в отличие от константана манганин не стоек к коррозии в атмосфере, содержащей пару аммиак-кислота, и весьма чувствителен к изменениям влажности воздуха.
Для стабилизации электрических свойств сплава изделия из него подвергаются термообработке в вакууме при температуре 4006 °C и длительному последующему выдерживанию при комнатной температуре. Кроме того, одновременно обеспечивается однородность манганина. Допустимая максимальная рабочая температура изделий из стабилизированных легированных сортов стали составляет от 60 °C до 80 °C, а из стабилизированного манганина – 200 °C. При превышении этих температур происходят необратимые процессы.
Для манганина свойственно сопротивление физическому изменению с течением времени. Это объясняется тем, что механические напряжения в витках обмотки из этого материала постепенно приводят к изменению в структуре сплава и смещению молекул.
Благодаря слабой зависимости сопротивления от температуры, манганин часто применяется в качестве реохорда. В физике низких температур проволоки из этого сплава, благодаря их низкой теплопроводности, используются в качестве измерительных линий в криостатах. Поскольку они обладают относительно высоким электрическим сопротивлением (для проволоки типовых диаметров: 100 Ом/м), при измерении небольших сопротивлений применяется четрырехпроводная схема измерения.
Источник
1.2. Описание материалов Проводниковые материалы
По применяемым проводниковым материалам обмоточные провода делятся на медные, алюминиевые и из сплавов сопротивления. Незначительная часть проводов выпускается с проводниками из биметаллов, драгоценных металлов и из специальных сплавов, в частности сверхпроводящих.
Основным проводниковым материалом, используемым для производства обмоточных проводов, является медь. По электрической проводимости медь превосходит все другие материалы, за исключением серебра, что позволяет обеспечивать минимальные габаритные размеры обмоток электрических машин; аппаратов и приборов.
Примеси оказывают неблагоприятное влияние на механические и электрические свойства меди, поэтому для производств эмалированных проводов используется медь марок М1, М0. Лучшими параметрами с точки зрения применения в производстве обмоточных проводов, и в первую очередь эмалированных проводов, обладает бескислородная медь, почти свободная от содержания кислорода. Бескислородная медь превосходит обычную по пластичности и обеспечивает получение проволоки с лучшим качеством поверхности.
Из медных слитков получают катанку. Существуют два метода получения медной катанки: традиционный – метод горячей прокатки. Сущность процесса прокатки заключается в последовательном уменьшении поперечного сечения и увеличения длины прокатываемой заготовки при её прохождении между несколькими парами валков, вращающихся в разные стороны; второй, более прогрессивный – метод непрерывного литья и прокатки.
Вторым по значению металлом в производстве обмоточных проводов является алюминий. Содержание его в земной коре составляет 7,5 %, а меди – около 0.01%, так что потенциально применение алюминия взамен меди будет расширяться.
Для производства обмоточных проводов применяется алюминий технической чистоты марок: А5Е и А7Е по ГОСТ 11069-74.
В табл. 8 приводятся основные параметры алюминия и меди.[5]
Источник
Повторить урок № 13
Таблица № 11, Никулин, с. 108. Основные характеристики электрокерамических материалов (неглазурованные образцы).
| Материал | Плотность кг/куб.м | Разру- шаю- щее напря- жение при растя- жении, МПа. | Разру- шающее напря- жжение при изгибе, МПа. | Ударная вязкость, кДж/кв.м | удельное объёмное сопротивление, Ом.метр. | Диэлектрическая проницаемость | Тангенс угла диэлектрических потерь (при 50 Гц). | Электриче- Ская Прочность, МВ/метр |
| Электро- фарфор | 2300 – | 30 – | 60 – | 1,8 – 2 | 10000000000 – | 6 — 7 | 0,025 – 0,03 | 30 – 32 |
| Стеатит | 2800 – | 50 – | 140 – | 3 – 4 | 1000000000000 — 100000000000000 | 7 — 8 | 0,006 – 0,004 | 35 – 40 |
Механические характеристики глазурованных образцов в среднем выше на 15 – 30% (остальное смотри в уроке № 13).
ТЕМА. ПРОВОДНИКОВАЯ МЕДЬ И БРОНЗЫ.
Это очищенный от различных примесей металл красно-оранжевого цвета, имеющий температуру плавления 1083 градуса и температурный коэффициент линейного расширения 1,64х10-5 1/градус Цельсия. Медь обладает хорошими механическими свойствами и пластичностью, что позволяет получить из неё проволоку диаметром до 0,01 – 0,02 мм, а также тонкие ленты. Проводниковая медь очень устойчива к атмосферной коррозии, чему способствует тонкий слой оксида, которым она покрывается на воздухе. Защитный слой оксида препятствует дальнейшему проникновению кислорода воздуха в медь.
Отечественная промышленность выпускает проводниковую медь различной степени чистоты шести марок. Примесями в меди являются висмут, сурьма, фосфор, сера, мышьяк и кислород. В наиболее чистом сорте проводниковой меди сумма всех примесей не превышает 0,01%. Для изготовления проводниковых изделий (обмоточные и монтажные провода, кабели) применяют сорта проводниковой меди с содержанием примесей не более 0,05 – 0,1%. Медную проволоку изготовляют круглого и прямоугольного сечения. Круглую проволоку выпускают диаметром от 0,02 до 10 мм. Меньшая сторона проволоки (шины) прямоугольного сечения находится в пределах от 0,8 до 4 мм, а большая сторона – от 2 до 30 мм. Медную проволоку изготовляют из мягкой, т.е. отожжённой при оптимальной температуре (марка ММ) и твёрдой не отожжённой (марка МТ) меди.
Основные характеристики изделий из мягкой меди следующие: плотность 8900 кг/куб. метр.; предел прочности при растяжении 200 – 239 МПа; относительное удлинение 6 – 35%; удельное электрическое сопротивление 0,0172 – 0,01724 мкОм. метр, а из твёрдой – плотность 8960 кг/куб. метр; предел прочности при растяжении 355 – 408 МПа; относительное удлинение 0,5 – 2%; удельное электрическое сопротивление 0,0177 – 0,0180 мкОм. метр.
Проволока меньшего диаметра обладает большим разрушающим напряжением при растяжении и большим удельным электрическим сопротивлением. Провода очень малого диаметра (0,01 мм) и предназначенные для работы при повышенных температурах (выше 200 градусов) изготовляют из проволоки из бескислородной меди, отличающейся наивысшей чистотой. Все марки меди имеют температурный коэффициент удельного сопротивления 0,0043 1/градус Цельсия.
Это сплавы на основы меди, отличающиеся малой объёмной усадкой (0,6 – 0,8%) при литье (объёмная усадка стали и чугуна 1,5 – 2,5%).
Основные типы бронз представляют собой сплавы меди с оловом (оловянные бронзы), алюминием (алюминиевые), бериллием (бериллиевые) и другими легирующими элементами. Марки бронз обозначают буквами Бр (бронза), за которыми следуют буквы и цифры, указывающие, какие легирующие элементы, и в каком количестве содержатся в данной бронзе (смотри таблицу урока № 23, Никулин, с. 175).
Бронзы легко обрабатываются резанием, давлением и хорошо паяются. Ленты и проволоки из них служат для изготовления пружинящих контактов, токопроводящих пружин и других токопроводящих и конструкционных деталей.
Для упрочнения бронзовые детали термообрабатывают: закаляют, а затем отпускают при оптимальных температурах.
В отношении электропроводности бронзы уступают меди, но превосходят её по механической прочности, упругости, сопротивлению истиранию и коррозионной стойкости. Основные характеристики бронз в сравнении с медью приведены в таблице (смотри урок № 23).
Из проводниковых бронз изготовляют провода для линий электрического транспорта, пластины для коллекторов
электрических машин, токопроводящие пружины и контактные упругие детали для электрических приборов.
ТЕМА. АЛЮМИНИЙ, СЕРЕБРО И ВОЛЬФРАМ.
Благодаря его сравнительно большой проводимости и стойкости к атмосферной коррозии является вторым после меди проводниковым материалом. Алюминий относится к группе лёгких металлов, поскольку его плотность равна 2700 кг/куб. метр, т.е. он в 3,3 раза легче меди. Алюминий – металл серебристо-белого цвета, имеет температуру плавления 658 градусов, малую твёрдость и сравнительно небольшую механическую прочность при растяжении 90 – 147 МПа. Кроме того, обладает более высоким, чем медь, увеличенным коэффициентом температурного расширения (24х10-6 градусов), что является его недостатком.
На воздухе алюминий очень быстро покрывается тонкой плёнкой оксида, который надёжно защищает его от проникновения воздуха. Так как эта плёнка обладает значительным электрическим сопротивлением, то в плохо зачищенных местах соединений алюминиевых проводов могут быть большие переходные сопротивления и нагревание этих мест.
При увлажнении мест соединений алюминиевых проводов с проводами из других металлов могут образовываться гальванические пары. При этом алюминиевые провода разрушаются возникающими местными гальваническими токами. Чтобы избежать образования гальванических пар, места соединений тщательно защищают от влаги (например, лакированием). Чем выше химическая чистота алюминия, тем лучше он сопротивляется коррозии.
Отечественной промышленностью выпускается проводниковый алюминий различной степени чистоты 13 марок. В марках алюминия высокой чистоты примесей (железо, кремний, цинк, титан и медь) содержится не более 0,005%. Из такого алюминия изготовляют электроды электролитических конденсаторов, а также изготовляют алюминиевую фольгу. Проволоку для проводов изготовляют из алюминия, содержащего не более 0,3 и 0,5% (марки А7Е и А5Е) примесей. Выпускается мягкая (АМ), полутвёрдая (АПТ) и твёрдая (АТ) алюминиевая проволока диаметром от 0,08 до 10 мм и шины прямоугольного сечения.
Изделия из мягкого алюминия имеют следующие основные характеристики: разрушающее напряжение при растяжении 70 – 100 МПа; относительное удлинение 10 – 25%; удельное электрическое сопротивление 0,028 мкОм. метр; из полутвёрдого алюминия – разрушающее напряжение при растяжении 90 – 140 МПа; относительное удлинение примерно 3%; удельное электрическое сопротивление 0,0283 мкОм. метр. температурный коэффициент удельного сопротивления всех марок алюминия принимают равным 0,00423 1/градус Цельсия.
Алюминиевые провода и токопроводящие детали можно соединять друг с другом горячей или холодной сваркой, а также пайкой, но с применением специальных припоев и флюсов. Холодную сварку производят в специальных устройствах, в которых зачищенные поверхности алюминиевых деталей соприкасаются друг с другом при давлении примерно 1000 МПа. При этом происходит диффузия кристаллов одной из соединяемых деталей в другую, в результате чего они надёжно соединяются. Листовой алюминий широко применяют для экранов.
Длительно допустимая температура проводникового алюминия при использовании его на воздухе не должна превышать 300 градусов.
относится к группе благородных металлов, не окисляющихся на воздухе при комнатной температуре. Интенсивное окисление серебра начинается при температуре выше 200 градусов. Как и все благородные металлы, серебро отличается высокой пластичностью, позволяющей получать фольгу и проволоку диаметром до 0,01 мм. Кроме того, серебро обладает наивысшей проводимостью.
Основные характеристики проводникового серебра: плотность 10500 кг/кубический метр, температура плавления 960 градусов, КТР 19,3.10-6 1/градус Цельсия, т.е. немного больше, чем у меди; изделия из мягкого серебра – разрушающее напряжение при растяжении 150 – 180 МПа, относительное удлинение 45 – 50%, удельное электрическое сопротивление 0,015 мкОм. метр, а из твёрдого серебра – разрушающее напряжение при растяжении 203 МПа, относительное удлинение 46%, удельное электрическое сопротивление мкОм. метр, ТКР – 0,00369 1/градус Цельсия.
По сравнению с медью и алюминием серебро применяют ограниченно в сплавах с медью, никелем или кадмием – для контактов в реле и в других приборах на небольшие токи, а также в припоях ПСр 10, ПСр 25 и др.
Относится к группе тугоплавких металлов и широко применяется в электротехническом производстве в качестве износостойкого материала для электрических контактов и деталей в электровакуумных приборах (нити ламп накаливания, электроды и др.).
Вольфрам – металл серого цвета, обладающий очень высокой температурой плавления и большой твёрдостью, получают методом порошковой металлургии. Для этого из частиц вольфрама (порошка) прессованием в стальных пресс-формах получают заготовки – стержни, которые подвергают спеканию при 1300 градусах.
Спечённые вольфрамовые стержни имеют ещё зернистое строение и хрупки, поэтому их нагревают до 3000 градусов. Для получения механически прочного металла стержни подвергают многократной ковке и волочению с перемежающимися периодами отжига. В результате такой обработки вольфрам приобретает волокнистое строение, обеспечивающее ему высокую механическую прочность и пластичность.
Из вольфрама изготовляют проволоку диаметром до 0,01 мм. Окисление вольфрама на воздухе начинается при температуре от 400 градусов и выше. В вакууме вольфрамовые детали могут работать при температуре до 2000 градусов.
Основные характеристики вольфрама следующие: плотность 19300 кг/кубический метр, температура плавления 3380 градусов; изделий из отожжённого вольфрама – разрушающее напряжение при растяжении 380 – 500 МПа, удельное электрическое сопротивление 0,055 мкОм. метр, а изделий из твёрдого вольфрама – разрушающее напряжение при растяжении примерно 1800 МПа, удельное электрическое сопротивление 0,0612 мкОм. метр. Температурный коэффициент сопротивления ТКр = 0,0046 1/градус Цельсия.
ТЕМА. МАНГАНИН и КОНСТАНТАН.
Это сплав 84 – 86% меди, 2 – 3% никеля и 12 – 13% марганца. Цвет манганина светло-оранжевый, плотность 8400 кг/кубический метр, температура плавления 960 градусов, КТР 1,8.10-5 1/градус Цельсия.
Основные характеристики мягких изделий из манганина: разрушающее напряжение при растяжении 450 – 550 МПа; относительное удлинение 10 – 25%, удельное электрическое сопротивление 0,42 – 0,47 мкОм. метр; а твёрдых – разрушающее напряжение при растяжении 550 – 600 МПа; относительное удлинение 5 – 9%; удельное электрическое сопротивление 0,47 – 0,53 мкОм. метр; ТКр (1 – 6)х10-5 1/градус Цельсия. Для увеличения удельного электрического сопротивления манганина до 1,5 – 2 мкОм. метр в его состав вводят повышенное количество марганца (60 – 67%) и никеля (16 – 30%), уменьшая содержание меди.
Достоинством манганиновых изделий является то, что их электрическое сопротивление очень мало зависит от температуры, а также весьма малая термо — ЭДС в контакте с медью (0,9 – 1 мкВ/градус Цельсия).
Для стабилизации электрических характеристик манганиновых изделий их подвергают тепловой обработке в вакууме при 400 градусах и последующей длительной выдержке при комнатной температуре. Это повышает однородность сплава и стабилизирует его свойства. Наибольшая допустимая температура для изделий стабилизированных сортов манганина 200 градусов, из сортов нестабилизированных 60 градусов. При повышении этих температур происходит необратимое изменение свойств манганиновых изделий.
Из манганина изготовляют мягкие и твёрдотянутые проволоки диаметром 0,02 – 6 мм и ленты толщиной до 0,08 мм и шириной до 270 мм. Кроме того, выпускают манганиновые обмоточные провода с эмалевой изоляцией, с изоляцией из натурального шёлка, а также изолированные эмалью и одним слоем натурального шёлка.
Манганиновые изделия применяют в производстве резисторов и потенциометров высоких классов точности.
это сплав 58 – 60% меди, 32 – 40% никеля и 1 – 2% марганца. Цвет константана серебристо-жёлтый, плотность 8900 кг/кубический метр, температура плавления 1260 градусов, КТР 1,4.105 1/градус Цельсия.
Основные характеристики мягкой (отожжённой) проволоки: разрушающее напряжение при растяжении 400 – 500 МПа; относительное удлинение 40 – 50%; удельное электрическое сопротивление 0,45 – 0,48 мкОм. метр; а твёрдотянутой проволоки – разрушающее напряжение при растяжении 650 – 720 МПа; относительное удлинение 2 – 5%; удельное электрическое сопротивление 0,46 – 0,52 мкОм. метр. Температурный коэффициент удельного сопротивления изделий из константана (0 – 6).10-5 1/градус Цельсия, т.е. электрическое сопротивление многих составов константана при изменении температуры не изменяется.
Термо — ЭДС константана в паре с медью значительна, и составляет 42, 8 мкВ/градус, что не позволяет использовать константановую проволоку и ленты в высокоточных электроизмерительных приборах.
Из константана изготовляют мягкие и твёрдые изделия: проволоку диаметром от 0,03 до 5 мм и ленту толщиной до 0,1 мм. Изолированную константановую проволоку в паре с медной применяют для изготовления термопар. Константановые изделия (проволока, ленты) могут использоваться при температурах не выше 500 градусов.
ТЕМА. ЖАРОСТОЙКИЕ ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ.
Жаростойкими проводниковыми материалами являются сплавы на основе никеля, хрома и некоторых других компонентов. Жаростойкость, т.е. не окисляемость этих сплавов при высоких температурах, обусловлена образованием на их поверхности оксидной плёнки большой плотности, исключающей дальнейший доступ кислорода. Основой жаростойких оксидных плёнок являются оксид хрома и закись никеля, которые при высоких температурах не испаряются с поверхности сплава. Жаростойкие проводниковые материалы на основе никеля, хрома и алюминия, соответственно называемые нихромами, фехралями и хромалями, представляют собой твёрдые растворы металлов с неупорядоченной структурой и поэтому обладают большими удельными сопротивлениями и малыми температурными коэффициентами сопротивления.
В марках сплавов буквы обозначают главные части сплава: хром (Х), никель (Н), алюминий (Ю) и титан (Т). Цифра, стоящая за буквой, указывает среднее количество этого металла в сплаве. Так в нихроме марки Х20Н80 содержится 20% хрома и 80% никеля (по массе). Кроме основных компонентов, (см. табл. В уроке № 26, таблица 15, стр. 130), в состав жаростойких сплавов входят примеси (0,06 – 0,15% углерода, 0,5 – 0,35% фосфора и 0,03% серы), которые вызывают некоторую хрупкость проволоки и лент, изготовленных из этих сплавов. При производстве проводниковых сплавов содержание примесей стараются свести к минимуму.
Основные области применения изделий из жаростойких сплавов (проволока и ленты) – электронагревательные приборы, реостаты и резисторы.
ТЕМА. ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК, МАРОК И СОСТАВОВ МЕДИ И БРОНЗ.
Марки и состав бронз (Таблица № 13, стр. 123).
Содержание легирующих элементов, % массы.
| мар-ка. | олово | фосфор | бериллий | алюминий | никель | медь |
| Бр. 010 | — | — | — | — | остальное | |
| Бр. ОФ 6,5 – 0,15 | 6 — 7 | 0,15 | — | — | — | остальное |
| Бр. А7 | — | — | — | 6 — 8 | — | остальное |
| Бр. Б2 | — | — | 2 – 2,2 | — | 0,2 – 0,5 | остальное |
Основные характеристики меди и бронз (Таблица № 14, стр. 124).
Источник