Site Loader
Posted on 26.04.2023

Материалы с высоким сопротивлением, сплавы с большим удельным сопротивлением

Содержание

1.1. Материалы с малым удельным сопротивлением

Их используют для токоведущих частей электрического оборудования, где требуется высокая проводимость (обмотки, провода линий электропередач и т.п.). Наибольшее применение для этих изделий получили медь и алюминий, а также их сплавы: латунь, бронзы и пр.
Медь — металл с характерным красноватым цветом. Ее достоинства: высокая проводимость (уступает только серебру), достаточно большая механическая прочность, хорошая устойчивость к окислению (коррозии), она относительно легко обрабатывается, сваривается, паяется.
В электротехнике используется в основном только электролитическая медь марок М I и М 0. Первая из них (М I) содержит не более 0,1 % примесей (при этом кислорода не более 0,08 %, так как он резко ухудшает механические свойства меди), вторая — МО — не допускает примесей более 0,05 % (в том числе кислорода — 0,02 %), из нее делается самая тонкая проволока.
Стандартная медь имеет плотность 8890 кг/м3 (при 20°С), удельное сопротивление р = 0,0172 мкОм м (при 20°С), удельную проводимость 58 МСм-м (при 20°С), температуру плавления — 1083°С.
По механическим свойствам медь делят на два вида: твердую и мягкую. Твердая, благодаря наклепу (марка МТ), создается холодной протяжкой меди, используется для проводов линий электропередач, шин, изготовления коллекторов и т.п. Мягкая (марка ММ) получается отжигом твердой меди при температуре 330-350°С, применяется для изготовления обмоточных и других проводов, где требуется большая гибкость.
Латунь — сплав меди, в основном с цинком. Достоинства: дешевле меди, прочнее ее, тверже, обладает большей пластичностью, поэтому лучше штампуется и вытягиваются как в холодном, так и в горячем состоянии. С ростом содержания цинка (до 45 %) предел прочности при растяжении возрастает.
Свойства латуней зависят от марок, граничные значения: плотность 7900-8500 кг/м3, удельное сопротивление р = 0,043- 0,326 мкОм-м (при 20°С), температура плавления — 960-1200°С.
Они используются для изготовления токоведущих деталей, как правило, сложной конфигурации, от которых требуется повышенная твердость и стойкость к действию электрических разрядов: пружинящие контакты и прочие подобные изделия.
Бронзы — сплавы меди с оловом, хромом и другими химическими элементами, кроме цинка и никеля. Достоинства по сравнению с медью: повышенная механическая прочность, стойкость к истиранию, твердость, упругость. Свойства бронз так же, как и латуней, зависят от марок, вместе с тем удельное сопротивление всех бронз выше, чем у чистой меди.
Использование бронз для токоведущих деталей электрооборудования — самое разнообразное в зависимости от условий их работы. Например, кадмиевые бронзы широко применяются для коллекторных пластин и даже контактных проводов в особо ответственных случаях. Бериллевые бронзы обладают повышенной стойкостью к истиранию. Хромовая бронза при высокой проводимости имеет хорошую механическую прочность.
Алюминий — металл серебристо-белого цвета. Его достоинство в том, что при малой по сравнению с медью плотностью он имеет достаточно большую проводимость. К тому же он дешевле и более доступен. Роль алюминия как заменителя меди все больше возрастает. Вместе с тем алюминиевый провод по сравнению с медным при той же длине и равном сопротивлении сечение имеет на 65 % (диаметр на 28 %) больше, однако по массе он в два раза легче. Алюминий — материал пластичный, устойчивый к окислению (коррозии), хорошо протягивается, штампуется, куется, но при обработке резанием, фрезеровании, опиловке из-за мягкости требует выполнения специальных мер.
В зависимости от марки содержание чистого алюминия колеблется от 99,0 (АО) до 99,99 % (А999). При этом чем меньше примесей, тем больше проводимость, но ниже механическая прочность и пластичность.
Алюминий, широко используемый в электротехнике, имеет плотность 2703 кг/м3 (при 20°С и содержании примесей 0,003-0,004 %), удельное сопротивление р = 0,028 мкОм м (при 20°С), удельную проводимость—38 МСм/м (при 20°С), температуру плавления —657°С.
По механическим свойствам алюминий, как и медь, делят на твердый и мягкий. Твердый, благодаря наклепу (марка AT), производится холодной протяжкой алюминия, применяется для проводов линий электропередачи и др. изделий. Мягкий (марка AM) получается отжигом AT при температуре 350-400°С, используется для изготовления обмоточных, монтажных проводов и других изделий, где требуется гибкость, мягкость и т.п. Однако в производстве большее применение, чем чистый алюминий, получили его сплавы.

Сплавы для катушек сопротивлений и измерительных приборов

Основным и лучшим представителем этих сплавов является медно-марганцевый сплав — манганин.

Манганин отличается высоким удельным сопротивлением при малом температурном коэффициенте сопротивления, низкой термо-э.д.с. в паре с медью, высокой стабильностью сопротивления во времени, высокой пластичностью и сопротивлением коррозии. Применяется для изготовления точных образцовых сопротивлений.

В целях сохранения постоянства свойств сопротивлений рабочая температура их не должна превышать 60 °C. Для стабильности свойств манганина во времени он подвергается специальной низкотемпературной термической обработке с последующим длительным вылеживанием при комнатной температуре; изготавливается манганин в виде проволоки и ленты.

Менее прецизионным сплавом, чем манганин, является медно-никелевый сплав константан, который характеризуется очень малым температурным коэффициентом сопротивления, устойчивостью против коррозии, удовлетворительной жаростойкостью и высокими механическими свойствами.

Недостатком константана при применении его для изготовления образцовых сопротивлений является высокая термо-э.д.с. в паре с медью, в связи с чем он нашел широкое применение при изготовлении термопар для измерения температур до 900 °C.

Для изготовления реостатов и других электротехнических приборов иногда применяют сплав, содержащий медь, никель и цинк — нейзильбер. Этот сплав дешевле, чем константан, однако проволока из нейзильбера вследствие содержания цинка после нагревания ее до 200—250 °C становится хрупкой.

Удельное сопротивление — сплав

Удельное сопротивление сплавов определяется в основном наличием примесей и нарушением структуры входящих в них металлов. При этом атомы одного металла входят в кристаллическую решетку другого. На рис. 4.2 представлена зависимость удельного сопротивления сплава двух металлов, образующих друг с другом твердый раствор. Эта зависимость наглядно иллюстрирует отмеченные выше явления.
 

Зависимость удельного сопротивления сплава двух металлов, образующих друг с другом твердый раствор, от изменения содержания каждого из них в пределах от нуля до 100 % представлена графически на фиг. Обычно при этом наблюдается определенная закономерность и для изменения ТКр: относительно высокими значениями температурного коэффициента удельного сопротивления обладают чистые металлы, а у сплавов ТКр меньше и даже может достигать небольших отрицательных значений ( фиг.
 

Увеличение содержания марганца повышает удельное сопротивление сплава, но резко ухудшает его механические свойства. Использование выплавленного алюминия не рекомендуется: при повторном использовании резко снижается его пластичность.
 

Зависимость ТКС платины, олова, индия от температуры.
 

По сравнению с никелем удельное сопротивление сплава никеля с железом в три раза больше, что позволяет упростить конструкцию чувствительного элемента и повысить ее надежность. Характеристики этого сплава не одинаковы от партии к партии, в связи с чем необходимо применять индивидуальную градуировку.
 

Стационарное распределение в сплаве Na — Cd. — П5 С, K0 S5 105 град / в.| Стационарное распре.
 

По оси ординат отложены величины, пропорциональные концентрации растворенного металла ( разница между удельным сопротивлением сплава и удельным сопротивлением чистого щелочного металла), по оси абсцисс — падение напряжения. По наклону прямой на логарифмическом графике определяют коэффициент электродиффузии К.
 

Зависимости параметров сплавов медь-никель от состава ( в процентах по массе. а — удельное сопротивление р. б — температурный коэффициент удельного сопротивления ар. в — термо — ЭДС по отношению к железу при разности температур спаев 815 С. г — коэффициент теплопроводности YT.
 

Как уже указывалось, примеси н нарушения правильной структуры металлов увеличивают их удельное сопротивление. Зависимость удельного сопротивления сплава двух металлов, образующих друг с другом твердый раствор, от изменения содержания каждого из них в пределах от 0 до 100 % представлена на рнс.
 

Зависимость удельного сопротивления от состава в твердых сплавах выражается двумя правилами. Правило Нордгейма гласит, что удельное сопротивление сплава должно быть приблизительно пропорционально произведению молярных долей двух компонентов; по правилу Линде скорость увеличения сопротивления с повышением концентрации в разбавленных сплавах должна быть пропорциональна квадрату разницы валентности компонентов.
 

Сплавы хрома, алюминия и железа могут обладать высокой нагревостойкостью при повышенном содержании хрома ( до 65 %) и тщательном удалении из состава углерода. По мере увеличения содержания хрома растет удельное сопротивление сплава, однако волочение проволоки становится затруднительным. Так, из сплава, содержащего 20 % хрома, может прокатываться проволока диаметром не менее 0 3 мм, а из сплавов с содержанием 25 % Сг — проволока диаметром не менее 6 мм. Хромоалюминиевые сплавы выпускаются четырех типов. Однако механическая обработка большинства сплавов этого типа затруднена ввиду его хрупкости. Хромоалюминиевые сплавы применяются в основном для мощных нагревательных элементов.
 

Температурная зависимость c

Третья особенность электропроводности металлов также связана с правилом Маттиссена. Эта особенность заключается в том, что удельное сопротивление сплава всегда выше, чем удельное сопротивление металлов, составляющих этот сплав.
 

Добавочные потери при нагрузке двигателя А61 — 8 / 4 при 2р8 и различных роторах.
 

Для этого на массивный ротор из оптимального сплава СМ-19 был надет тонкий экран из магнитно-мягкой стали. Удельное электрическое сопротивление стали мало отличается от удельного сопротивления сплава, а цг стали примерно на порядок выше. Толщина экрана выбрана по глубине проникновения зубцовых гармоник первого порядка и равна йэ 0 8 мм. Для сравнения приведены добавочные потери, Вт, при базовом короткозамкнутом роторе и двухслойном роторе с массивным цилиндром из сплава СМ-19 и с медными торцевыми кольцами.
 

Электрическая проводимость

До сих пор мы рассматривали сопротивление проводника как препятствие, которое оказывает проводник электрическому току. Но все же ток по проводнику проходит. Следовательно, кроме сопротивления (препятствия), проводник обладает также способностью проводить электрический ток, то есть проводимостью.

Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику. Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные.

Из математики известно, что число, обратное 5, есть 1/5 и, наоборот, число, обратное 1/7, есть 7. Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой r, то проводимость определяется как 1/r. Обычно проводимость обозначается буквой g.

Электрическая проводимость измеряется в (1/Ом) или в сименсах.

Пример 8. Сопротивление проводника равно 20 Ом. Определить его проводимость.

Если r = 20 Ом, то

Пример 9. Проводимость проводника равна 0,1 (1/Ом). Определить его сопротивление,

Если g = 0,1 (1/Ом), то r = 1 / 0,1 = 10 (Ом)

Константан

Сплав 60 % меди и 40 % никеля. Константан имеет удельное сопротивление 0,5 Ом × мм² / м, плотность 8,9 кг/дм³, прочность на разрыв 40 – 50 кг/мм².

Константан применяется для изготовления реостатов и электронагревательных сопротивлений, если их рабочая температура не превышает 400 – 450 °С.

Константан в сочетании с медью имеет высокую термо-ЭДС и поэтому не может быть применен для изготовления эталонных сопротивлений к точным приборам, так как эта дополнительная ЭДС будет искажать показания приборов. Это свойство константана используется при изготовлении термопар для измерения температур порядка несколько сотен градусов.

Сплав для реостатов или для сопротивлений должен быть дешевым, иметь большое удельное сопротивление и малый температурный коэффициент сопротивления. Для этих целей применяют сплавы на медной основе, например константан, никелин и другие.

Для удешевления материала никель в реостатных сплавах заменен цинком и железом. Сплавы, применяемые для электронагревательных приборов и печей, должны хорошо обрабатываться, быть механически прочными, дешевыми, иметь высокое удельное сопротивление и длительное время работать при высокой температуре без окисления.

При нагреве металла на его поверхности образуется оксидная пленка, которая должна предотвратить дальнейшее разрушение металла. Металлы – медь, железо и кобальт – имеют пористую оксидную пленку, поэтому при нагревании они быстро разрушаются. Такие металлы, как никель, хром и алюминий, покрываются при нагреве плотной оксидной пленкой, поэтому жароупорные сплавы делают на основе этих металлов.

 

 

Помогла ли вам статья?

Задать вопрос

Пишите ваши рекомендации и задавайте вопросы в комментариях

Латунь — свойства сплавов, легирующие компоненты и области применения

Латунь — свойства сплавов, легирующие компоненты и области применения

Латунь (Zn Cu) — это двойной или многокомпонентный сплав на основе меди. Легирующие компоненты: цинк, иногда с оловом (в меньших пропорциях, или получится оловянная бронза), никель, свинец, марганец, железо и другие элементы. По металлургической классификации к бронзам не относится. Плотность 8300-8700 кг/м³. Удельная теплоемкость при 20 °C — 0,377 кДж·кг−1·K−1. Удельное электрическое сопротивление — (0,07-0,08)·10−6 Ом·м. Температура плавления латуни в зависимости от состава достигает 880-950 °C. С увеличением содержания цинка температура плавления понижается. Латунь сваривается газовой и дуговой сваркой в среде защитных газов. Поверхность латуни чернеет на воздухе, чтобы этого избежать металл покрывают лаком.

Составы латунных сплавов

Сплавы латуни обозначают буквой «Л», после чего следуют буквы входящих элементов, образующих сплав. В деформируемых марках, первые две цифры после буквы «Л» указывают содержание меди в процентах. К примеру, сплав Л63 имеет 63% меди Cu. В случае легированных деформируемых марок указывают ещё буквы и цифры, обозначающие название и количество легирующего элемента. Обозначение ЛАЖ60-1-1 означает латунь с 60% меди Cu, легированную алюминием (А) в количестве 1% и железом (Ж) в количестве 1%. Содержание Zn определяется по разности от 100%. В литейных латунях среднее содержание компонентов сплава в процентах ставится сразу после буквы с названием.

Различия наиболее популярных сплавов из латуни

Ниже в списке раскроем особенности самых известных и востребованных сплавов.

  • Л63 — (медь 62-65%, цинк 35-38%). Одна из наиболее распространенных разновидностей латуни, может подвергаться полировке, волочению, прокатке, чеканке, изгибу. Применяется для производства холодильной техники, заклепок и бытового декора.
  • ЛС59-1 — (медь 57-60%, цинк 37-42%, свинец 1%). Обрабатывается давлением и резкой на токарных и фрезерных станках. Легирование свинцом обеспечивает дополнительную устойчивость к растрескиванию. Применяется для изготовления крепежной арматуры, шестеренок, втулок, зубчатых колес, подшипников, труб и прутьев.
  • Л90 — (медь 88-91%, цинк 9-12%). Также называемый «томпак», имеет золотистый цвет. Может подвергаться эмалированию, ковке, чеканке. Имеет повышенную пластичность, не ржавеет и хорошо переносит сварку со сталью. Марка рассчитана на производство полуфабрикатов и проволоки для электротехники.
  • Л68 — (медь 67-70%, цинк 30-33%). Подвергается давлению, имеет хорошую способность к деформации в холодном состоянии, пайке и сварке. Из данного материала делают крепеж, прокат и технику.

Деформируемые двойные латуни

Марка Сфера применения
Л85, Л9б, Л90, Л80 Детали приборов, машин, химической и теплотехнической аппаратуры, сильфоны, змеевики и пр.
Л68 Штампованные изделия
Л70 Гильзы для химической аппаратуры
Л60
Патрубки толстостенные, детали машин и гайки.
Л63 Применяется в авиапромышленности, кораблестроении, автомобилестроении. Лента используется в производстве цистерн, электродов, радиаторных лент и декоративных элементах дизайна. Сплав применяют для изготовления изделия, которые использоваться в криогенной технике.

Деформируемые многокомпонентные латуни

Марка Область применения
ЛАЖ60-1-1 Детали для морских судов.
ЛА77-2
Трубы конденсаторные для морских судов
ЛАН59-3-2 Детали электромашин, химической аппаратуры и морских судов
ЛН65-5 Конденсаторные и манометрические трубки
ЛЖМа59-1-1 Детали для самолетов, вкладыши подшипников, детали для морских судов
ЛМц58- 2 Болты, гайки, детали машин, арматура
Л090-1 Трубы конденсаторные для теплотехнической аппаратуры
ЛМЦА57-3-1 Детали для речных и морских судов
Л062-1, Л070-1, Л060-1 Трубы конденсаторные для теплотехнической аппаратуры
ЛС74-3, ЛС63-3 Втулки, детали часов
ЛС64-2 Матрицы полиграфические
ЛС59-1, ЛС60-1 Используют в машиностроении, приборостроении, авиационной и космической промышленности. Из прутка изготовляется метизная продукция, фурнитура, детали оборудования и втулки, элементы арматуры для трубопроводов и декоративные конструкции. Применяется при изготовлении манометрических и конденсаторных труб, полиграфических матриц, электромеханических установок, поршневых машин и газовых редукторов.
ЛЖС58-1-1 Детали, производимые резанием
ЛК80-3 Детали машин коррозионностойкие
ЛАНКМЦ75- 2- 2,5- 0,5-0,5 Манометрические трубы, пружины
ЛМш68-0,05 Трубы конденсаторные

Влияние легирующих компонентов в составе латуни

Для того чтобы изменить структуру и свойства латуни, могут добавляться дополнительные легирующие добавки.

  • Олово — существенно повышает прочность и невосприимчивость к коррозии в морской воде, за счет чего такие сплавы называют морскими и используются в кораблестроении.
  • Марганец — также влияет на прочность и антикоррозийность, часто добавляется в сочетании с железом, оловом и алюминием.
  • Никель — нейтрализует окислительные процессы и повышает характеристики металлоизделия в соленой воде и щелочных средах, что особенно важно в химической промышленности.
  • Кремний — снижает твердость и стоимость изделия, но повышает антифрикционные свойства и способность к сварке.
  • Свинец — уменьшает механическую прочность, упругость и пластичность, но облегчает резку материала на станках-автоматах, за что такие латуни получили название автоматных.
  • Алюминий — дает защитное пленочное покрытие на поверхности сплава, которое снижает летучесть и тормозит окислительные процессы.

На нашем сайте, в каталоге латунного проката, вы можете ознакомится и приобрести следующие виды продукции из латуни:

  • Латунная труба
  • Латунная лента
  • Латунный лист
  • Латунный пруток
  • Латунная проволока
  • Латунный шестигранник
  • Латунная сетка

Сферы применения латуни

В машиностроении и для изготовления радиаторов, конденсаторов, резисторов, соединительных элементов и охлаждающих трубок. Используют в декоративную отделку при оформлении помещений, применяется в вывесках и табличках, в мебельной фурнитуре и сантехнике. Лента используется при плакировании и гравировании. Благодаря антикоррозионным характеристикам, используется в агрессивных средах, жидких и газообразных. Пониженный коэффициент теплового расширения и долговечность востребована в приборах сверхвысокой точности: манометрах, наручных механических часах. Пластичность метала идеальна для полиграфических матриц. Лента используется в судостроении, химической промышленности из-за инертности.

При изготовлении электротехнических и декоративных деталей, контактных пар, фильтров для нефтепереработки и пищевой промышленности. Проволока применяется при проведении сварки, как припой (специальная латунная проволока для пайки), используется в трансформаторах для обмотки сердечников. Повышенная коррозионная стойкость позволяет применять проволоку для мелкоячеистых сеток в фильтрах пищевой и нефтеперерабатывающей промышленностях, для просеивания дробленых материалов. Применяется в изготовлении авторучек, щеток, деталей инструментов и оборудования.

Листы применяются при создании вывесок, табличек, мебельной фурнитуры, сувениров и кухонной утвари. Листами облагораживают камины, под воздействием повышенных температур металл долго не теряет первоначальный внешний вид. Элементы современной мебели и декора изготавливают с помощью перфорированных листов.

В строительстве, электротехнике, и для изготовления деталей, часто используют шестигранники. Из продукта металлопроката изготовляют гайки, болты и другие крепежные элементы, части запорной арматуры в газовых и водооборотных системах.

1/8 Твердый Х00 50 65 .0010 — .1285 дюймов
1/4 жесткий Н01 62 77
1/2 жесткий Н02 79 94
3/4 Твердый Н03 92 107
Жесткий Х04 102 117
Сверхтвердый Х06 115 129
Пружина		 Х08 120  

1/8 Твердый Х00 50 65 0,0100–0,0808 дюйма
1/4 жесткий Н01 62 77
1/2 жесткий Н02 79 94
3/4 жесткий Н03 92 107
Жесткий Х04 102 117
Сверхтвердый Х06 115 129
Пружина Х08 120  

1/4 жесткий Н01 49 59

Толщина:
0,0100 — 0,0500 дюйма

Ширина:
0,0150 — 0,2500 дюймов

1/2 жесткий Н02 57 67
3/4 жесткий Н03 64 74
Жесткий Х04 71
81
Сверхтвердый Х06 83 92
Пружина Х08 91 100

Температура плавления (Liquidis) 1750°F
Точка плавления (Солидус) 1680°F
Плотность 0,308 фунта/куб. дюйм
Удельное электрическое сопротивление (отожженный) 37 Ом⋅смил/фут при 68°F
Электропроводность (отожженный) 28% IACS при 68°F
Теплопроводность (состаренный раствор) 70 БТЕ фут/кв. фут·ч °F при 68°F
Коэффициент теплового расширения 0,0000111°F (68-572°F)
Модуль упругости (растяжение) 16000 фунтов/кв. дюйм
Модуль жесткости 6000 фунтов/кв. дюйм