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邵红红等:时效制度对Ni20Cr25电热丝膨胀系数的影响
文章编号:1001-9731(2013)21-315904
时效制度对Ni20Cr25电热丝膨胀系数的影响
邵红红1,陈成,瞿瑞2,滕昆鹏,苗润生
(1.江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013;2.昆明工业职业技术学院,云南昆明650000
摘要:系统研究了时效制度对Ni20Cr25电热丝膨求在高温下电热丝应具有高的强度和低的膨胀系数。
胀系数的影响。结果表明,Ni20Cr25电热丝适宜的固时效析出稳定的碳化物既可以提高合金的强度,也可
溶处理温度为1150℃;经过930C+10h时效处理后,以降低合金的膨胀系数。因为碳化物的析出可以起到
由于大量稳定碳化物的析出,电热丝的线膨胀系数明弥散强化的作用,同时随着碳化物的析出,基体膨胀系
显下降,且显微硬度可达237HVm,接近冷拔态的硬数减小,从而可导致合金膨胀系数的降低。
度
本文以国内常用的Ni20Cr25电热丝为研究对象,
关键词:Ni20Cr25电热丝;时效处理;碳化物;线膨系统研究时效制度对电热丝膨胀系数的影响。资料显
胀系数
示,对电热丝膨胀系数的研究几乎没有报道,因此本文
中图分类号:TG132.11
文献标识码:A的研究可为国产电加热器的生产提供参考
DO1:10.3969/j.issn.1001-9731.2013.21.024
实验
1引言
实验用的Ni20Cr25电热丝材为冷拔态,其化学成
电热合金是将电能转化为热能的功能性材料,具分见表1,试样尺寸为の1.0mm×25m。时效处理前
有电阻率高、电阻温度系数小、熔点高、热膨胀系数小先对电热丝进行固溶处理,以获得过饱和的固溶体为
和化学稳定性好等特点,在治金、机械、石化、电气、随后的时效处理作准备。Ni20Cr25电热丝的固溶温
家电等领域中用于制造各种电热元件2。电热丝是度通常在1040~1200℃温度范固?,为了确定合适的
电热合金最为传统的用途之一,主要用于各类电加热固溶温度,对电热丝进行了1050、1100及1150C3种
器的加热部件。然而,国内某些电热丝产品在加热器温度的固溶处理,固溶保温时间为10min,然后水冷,
通电加热时,由于电热丝受热膨胀,会出现“搭落”现象其结果见图1所示
而影响加热器的正常使用。要解决这样的问题,则要
表1Ni20Cr25电热丝的化学成分
Table 1 The chemical composition of Ni20cr25 electric-heating wire
化学成分(质量分教,%)
P
Mn
Si
A1Fe「其它
0.08≤0.035≤0,030?≤2,00?≤1.0024.0~26.019.0~2.0
(a)1050℃
b)1100C
c)1150℃C
图1不同固溶温度下Ni20Cr25电热丝显微组织(×500)
Fig I Optical micrographs of Ni20cr25 electric-heating wire under different temperature of solution treatment
(×500)
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51074079);镇江市产学研资助项目(2010274)
收到初稿日期:2013-03-19
收到修改稿日期:2013-06-25
通讯作者:邵红红
作者简介:邵红红(1959-),女,山西太原人,教授,硕士生导师,主要从事金属材料工程专业教学与科研工作
2013年第21期(44)卷
图1结果表明,固溶温度为1150C时,合金碳化全自动X射线衍射仪测定时效样品的物相。
物基本溶解到奥氏体中,低于此温度仍有较多的未溶
碳化物,所以选择1150℃C作为Ni20Cr25电热丝的固3结果与讨论
溶温度。
3.1时效时间对电热丝组织与硬度的影响
对固溶后的电热丝进行不同温度及不同时问的时
研究的电热丝工作温度约为850-~950℃,为研究
效处理。用HV-1000显微硬度计测量固溶和时效处理时效时间对电热丝性能的影响,初步设定时效温度为
样品的硬度,測试载荷0.98N。用WTD2型热膨胀仪900C,时效时间分别为2、4、6和10h。时效时间对显
测试300~900C试样的线膨胀系数,用D/max2500PC微组织的影响见图2。
、。
a
(c)6h
d)10h
图2Ni2OCr25电热丝900C下不同时效时间的显微组织(×500)
Fig 2 Optical micrographs of Ni20(r5 electric-heating wire under different aging time (X500)
从图2可以看出,随着时效时间的延长,合金的晶析出可以明显提高合金的硬度与强度,1,这一结论
粒中碳化物的析出逐渐增多,尽管6与10h的析出量可以从图5得到证实。冷拔态的电热丝硬度为
变化并不明显,但10h的碳化物颗粒尺寸有所增加。243HVa,固溶处理后的硬度为203HV.on。随着时
因此继续延长时效时间会引起碳化物的聚集长大。图效时间的延长,硬度增加,其原因主要是弥散析出的碳
3是时效10h的SEM图,图4是相应的XRD分析图,化物除本身具有高的硬度及强度外,它们増加了位错
可以看出时效析出了MC与MCe型Cr的碳化物,它运动的阻力,即产生了强化效应121
们既在晶界处析出,也在晶内析出,这些碳化物的弥散
1um
1um s
图3Ni20Cr25电热丝900℃时效10h的微观组织
Fig 3 The microstructure after aging 1oh at 90 C of Ni20cr2 electric heating wire observed by scanning elec
tron microscope(SEM)
3.2时效时间对电热丝膨胀系数的影响
线膨胀系数,其中时效温度为900C
表2是不同状态下电热丝试样在300~900℃的