典型电热合金的晶粒尺寸对其电阻率的影响

【摘要】电热合金是利用物质的电阻特性制造发热体的电阻合金。它分为Ni-Cr-(Fe)型和Fe-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,普遍使用的是Cr20Ni80合金,其最高使用温度为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,普遍使用的是OCr25A15合金,其最高使用温度为1200℃。合金0Cr25A15和合金Cr20Ni80具有以下优点：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。它们广泛用于家用电器、工业炉、机械以及建筑等领域,在国民经济中占有重要地位。同时,同一种成分材料的性能主要由最终的结晶组织决定,这其中包含了晶粒尺寸。然而目前,国内大部分厂家在生产制造过程中,很少考虑因晶粒尺寸变化对电阻率的影响。因此,本文通过研究对比合金Cr20Ni80和合金OCr25A15在拉伸变形及退火后,晶粒尺寸变化以及其相应的电阻率变化,找出它们之间的关系,为此类电热合金的生产提供基础研究数据。本文详细介绍了与合金Cr20Ni80和合金OCr25A15有关的基础研究、影响金属电阻率的因素以及相关的研究报告,在此基础上对来自于某厂家提供的合金Cr20Ni80和合金0Cr25A15的试样进行了不同拉伸变形,采用相同的再结晶退火工艺,研究这两个阶段电阻率以及氧化性的变化,基本弄清合金0Cr25A15和合金Cr20Ni80晶粒尺寸在这两个阶段对它们电阻率的影响以及这两种合金的氧化性变化,并对它们进行了深入分析。结果表明：合金0Cr25A15和合金Cr20Ni80进行不同拉伸变形,采用相同的再结晶退火工艺后,它们的晶粒尺寸都有变化：合金Cr20Ni80拉伸变形越大,再结晶退火后的晶粒尺寸越小,电阻率的值就相对较高；合金0Cr25A15的晶粒变化却不与拉伸变形成反比,五组试样Ⅵ号试样的晶粒最小,Ⅰ号次之,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ依次增小,电阻率却是Ⅵ号试样的电阻率最大,Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ依次增加。无论是合金0Cr25A15还是合金Cr20Ni80,在经过不同拉伸变形以及相同再结晶退火工艺后,它们的电阻率都随着晶粒尺寸的减小而增大,而且晶界少时,相对而言,晶粒尺寸的变化对电阻率影响较显著。同时,本文对合金0Cr25A15和合金Cr20Ni80进行了对比研究。合金0Cr25A15和合金Cr20Ni80经拉伸变形后,它们的电阻率均会减小,而且在变形开始阶段,电阻率减少的相对明显,但是合金OCr25A15的电阻率减小的程度却小于合金Cr20Ni80,故其受冷加工的影响比合金Cr20Ni80小。合金0Cr25A15和合金Cr20Ni80都是不均匀固溶体,它们经塑性变形后电阻率的变化与晶粒的变化没什么关系,而且合金Cr20Ni80含有的不均匀组织也多于合金0Cr25Al5。虽然合金0Cr25Al5的抗氧化性好于合金Cr20Ni80,但是由于本实验的样品经热处理后都处于氧化膜形成阶段,这时,合金0Cr25Al5发生氧化的程度却大于合金Cr20Ni80的氧化程度。
【作者】杨健；
【导师】夏天东；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】合金OCr25Al5；合金Cr20Ni80；拉伸变形；再结晶退火；电阻率；晶粒尺寸；

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