0Cr13Al6Mo2 ist eine hochwertige und effiziente Elektroheizung

Der Name dieser Legierung ist ihr Rezept, und das Lesen ist der schnellste Weg, um zu verstehen, was sie kann und was nicht. Die Null vor dem Chrom bedeutet einen sehr geringen Kohlenstoffgehalt, was eine Aussage über die Schweißbarkeit und die Duktilität nach dem Einsatz ist. Die 13 ist der Chromgehalt, der für eine Heizlegierung niedrig ist. Die 6 ist Aluminium, was hoch ist, und die 2 ist Molybdän.

Jede dieser drei Zahlen kauft etwas und kostet etwas. Chrom bildet das Oxid, das den Draht schützt, und es ist das teure Element im Rezept, daher senkt die Reduzierung seinen Preis. Aluminium bildet ein Oxid, das mindestens ebenso gut schützt und weit weniger kostet, daher erhöht die Erhöhung seine Einsatztemperatur, ohne die Legierungskosten zu erhöhen. Molybdän erhöht den spezifischen Widerstand und verbessert die Festigkeit bei Temperatur. Die Kosten für das Aluminium werden mit Duktilität bezahlt, und das ist die Eigenschaft, die ein Käufer zuerst bemerkt.

Diese Seite ordnet die Güteklasse der veröffentlichten Familie zu, zu der sie gehört, zeigt, was die Familiendaten über den Aluminium- und Chromhandel aussagen, und legt die beiden Dinge dar, die eine Spezifikation über eine hoch-aluminiumhaltige Legierung sagen muss, die sie über eine Nickel-Chrom-Güteklasse nicht sagen muss.

Der Handel zwischen Chrom und Aluminium ist die zentrale Tatsache der Eisen-Chrom-Aluminium-Familie und ist in den veröffentlichten Daten für die Güteklassen um diese herum sichtbar. Die folgende Tabelle reproduziert die Zusammensetzungs- und Eigenschaftswerte für sechs Güteklassen aus dem nationalen Standard für hochwiderstandsfähige Heizlegierungen.

Drei Regelmäßigkeiten lassen sich direkt aus der Tabelle ablesen und erklären das Design der Güteklasse, um die es auf dieser Seite geht.

Die erste ist, dass die maximale Elementtemperatur mit Aluminium steigt. Die Güteklasse mit 3,0 bis 4,2 % Aluminium ist für 1.100 °C ausgelegt, und die Güteklassen mit 5,0 bis 7,0 % sind je nach Chrom und Niob- oder Molybdänzusatz für 1.250 bis 1.400 °C ausgelegt. Aluminium ist das Element, das in dieser Familie die Temperatur kauft, und es kauft sie billiger als Chrom.

Die zweite ist, dass der spezifische Widerstand mit Aluminium und Molybdän steigt. Die Güteklasse mit niedrigem Aluminiumgehalt liegt bei 1,23 μΩ·m, die 5- bis 7-%-Güteklassen liegen bei 1,42 bis 1,43, und die Güteklasse mit 2 % Molybdän liegt bei 1,53. Ein höherer spezifischer Widerstand bedeutet einen kürzeren Draht für die gleiche Leistung bei gleicher Spannung, was bei einem Heizelement eine echte Einsparung darstellt.

Die dritte ist, dass die Dichte mit steigendem Aluminiumgehalt sinkt, von 7,40 g/cm3 in der Güteklasse mit niedrigem Aluminiumgehalt auf 7,10 in den Güteklassen mit hohem Aluminiumgehalt. Aluminium ist hier das leichte Element, daher wiegt ein Draht mit gleichem Durchmesser weniger, und der Elementdesigner erhält etwas weniger Masse für die gleiche Länge.

Diese drei Regelmäßigkeiten zeigen auch, warum eine Güteklasse mit nur 13 % Chrom interessant sein kann. Chrom ist der teure Teil des Rezepts, und wenn Aluminium den Großteil des Oxidationsschutzes übernehmen kann, dann reduziert ein niedrigerer Chromgehalt die Metallkosten bei gleichbleibender nützlicher Temperaturfähigkeit. Das ist die Designlogik von 0Cr13Al6Mo2, und das ist der Grund, warum die Güteklasse in einer Familie existiert, in der die meisten Mitglieder über 20 % Chrom liegen.

Eine Legierung mit 6 % Aluminium ist eine ferritische Eisenlegierung mit einer großen Menge an Aluminium in Lösung, und diese Struktur ist bei Raumtemperatur nicht duktil. Die veröffentlichten Familiendaten zeigen den Trend, bevor das Aluminium 6 % erreicht: Die Bruchdehnung sinkt von über 16 % in der Güteklasse mit 4 % Aluminium auf über 10 % in der Güteklasse mit 7 % Aluminium und Molybdän, und die Querschnittsreduzierung sinkt von der Bandbreite von 65 bis 75 % in Richtung des unteren Endes derselben Bandbreite.

Die praktische Konsequenz ist eine Herstellungsregel, die eine Nickel-Chrom-Legierung nicht benötigt. Ein hoch-aluminiumhaltiger Eisen-Chrom-Draht wird normalerweise bei Temperatur oder mit einem minimalen Biegeradius gewickelt, und eine Kaltbiegung, die eine 20 %ige Chromgüteklasse akzeptieren würde, kann eine 6 %ige Aluminiumgüteklasse reißen. Eine Zeichnung, die eine enge Wicklung und einen Kaltformungsvorgang spezifiziert, hat eine Herstellungsroute spezifiziert, die die Legierung möglicherweise nicht übersteht, und der Ausfall erscheint als Riss an der Innenseite der Wicklung und nicht als kurze Lebensdauer im Einsatz.

Es gibt eine zweite Sprödigkeit, die in denselben Absatz gehört. Eisen-Chrom-Aluminium-Legierungen durchlaufen einen spröden Bereich um 475 °C, in dem sich eine ferritische Struktur in zwei Phasen mit unterschiedlichen Chromgehalten trennt und die Legierung an Zähigkeit verliert. Ein Heizelement, das durch diesen Bereich langsam abkühlt oder darin gehalten wird, kann ohne Änderung seiner Zusammensetzung spröde werden. Die veröffentlichte Beschreibung der höhertemperaturigen Güteklasse in derselben Familie nennt 475 °C als spröden Temperaturbereich, und dieselbe Vorsichtsmaßnahme gilt für jede ferritische Güteklasse der Familie.

Der Unterschied zwischen Elementtemperatur und Ofentemperatur in der dritten Zeile ist derjenige, der die meisten Streitigkeiten über eine ausgefallene Heizung verursacht. Die Nenn-Temperatur im Standard ist die Temperatur des Elements, und das Element läuft heißer als der Ofen, weil es seine Wärme irgendwohin übertragen muss. Ein Ofen bei 1.100 °C kann ein Element enthalten, das weit über seiner Nennung liegt, wenn das Element schlecht gestützt ist oder die Last verloren gegangen ist.

Beide Filme schützen und verhalten sich bei Temperatur unterschiedlich. Ein Chromoxidfilm bildet sich schnell und ist dünn, und er schützt die Legierung unterhalb der Temperatur, bei der Chromoxid zu verdampfen beginnt. Ein Aluminiumoxidfilm ist bei höherer Temperatur stabiler, weshalb die hoch-aluminiumhaltigen Güteklassen der Familie 1.250 bis 1.400 °C erreichen, während die 13 %ige Chromgüteklasse mit 4 % Aluminium für 950 °C ausgelegt ist.

Der Aluminiumoxidfilm wächst auch langsamer, sobald er etabliert ist, was der Grund für die höhere Temperaturbewertung ist. Er ist in den ersten Betriebsstunden weniger nachgiebig, da sich der Film bilden muss, bevor er schützt, und ein Heizelement erhält normalerweise eine kontrollierte Voroxidation, bevor es in Betrieb genommen wird. Ein Lieferant, der einen Draht ohne angegebene Oberflächenbeschaffenheit liefert, hat diesen Schritt dem Kunden überlassen.

Das ist das zweite, was eine Spezifikation über eine hoch-aluminiumhaltige Legierung sagen sollte und was eine Nickel-Chrom-Güteklasse nicht benötigt. Die Oberflächenbeschaffenheit bei Lieferung entscheidet darüber, wie sich der Film beim ersten Erhitzen bildet, und ein Draht mit Ziehspuren oder Restschmierstoff bildet ihn ungleichmäßig. Eine hellglanzgeglühte Oberfläche und eine gebeizte Oberfläche sind für diesen Zweck nicht austauschbar, und die Zeichnung sollte eine davon nennen.

Der Vergleich erklärt, warum beide Familien existieren. Wo die Atmosphäre oxidierend ist, die Temperatur hoch ist und das Element gestützt werden kann, ist die Eisen-Chrom-Aluminium-Güteklasse billiger und läuft heißer. Wo das Element ungestützt ist, wo die Atmosphäre zwischen oxidierend und reduzierend wechselt oder wo der Draht kalt gewickelt werden muss, ist die Nickel-Chrom-Güteklasse diejenige, die die Herstellung und den Einsatz übersteht.

Der nationale Standard für hochwiderstandsfähige Heizlegierungen umfasst gezogenen Draht, gewalzte Bänder, Stangen und gewickelte Stäbe, und die Güteklasse wird nach Form sowie nach Zusammensetzung bestellt. Die für ein Heizelement wichtigen Formen sind Draht für ein gewickeltes Element, Band für eine geätzte Folie oder ein flaches Element und Stab für einen schweren Querschnitt.

DLX liefert Eisen-Chrom-Aluminium-Heizlegierungen in Changzhou, Jiangsu, in Draht ab 0,025 mm, Rundstäbe bis 50 mm und Bänder von 0,50 mm bis 2,5 mm Dicke, zusammen mit den Nickel-Chrom-Güteklassen, die verwendet werden, wenn eine hoch-aluminiumhaltige Legierung die falsche Wahl ist. Das Material wird gemäß dem auf der Bestellung angegebenen Standard geliefert, mit einem EN 10204 3.1 Zertifikat auf Anfrage und der Chargennummer, die auf die Prüfergebnisse zurückverfolgbar ist.

Die beiden Fragen, die ein Angebot entscheiden, sind die Elementtemperatur und die Herstellungsroute. Eine Güteklasse, die für die Temperatur korrekt ist, kann bei der Wicklungsoperation immer noch versagen, und ein Lieferant, der den Biegeradius und den Wickeldurchmesser kennt, kann dies sagen, bevor der Draht geschnitten wird.

Die Null ist ein sehr geringer Kohlenstoffgehalt. Die 13 ist etwa 13 % Chrom, die 6 ist etwa 6 % Aluminium und die 2 ist etwa 2 % Molybdän. Der Kohlenstoffgehalt wird niedrig gehalten, damit weniger Chrom als Karbid verbraucht wird, das Chrom bildet das Basisoxid, das Aluminium erhöht die Temperatur, die das Oxid aushält, und das Molybdän erhöht den spezifischen Widerstand und die Festigkeit bei Temperatur.

Weil Chrom das teure Element ist und Aluminium einen Großteil des Oxidationsschutzes übernehmen kann. Die veröffentlichten Familiendaten zeigen Güteklassen mit 21 bis 27 % Chrom, die 1.250 bis 1.400 °C erreichen, und eine Güteklasse mit 12 bis 15 % Chrom mit 4 bis 6 % Aluminium, die 950 °C erreicht. Eine Güteklasse mit 13 % Chrom und 6 % Aluminium ist ein Versuch, mehr Temperatur mit Aluminium zu erzielen und gleichzeitig die Chromkosten niedrig zu halten.

Eine hoch-aluminiumhaltige ferritische Legierung hat eine begrenzte Duktilität bei Raumtemperatur, daher ist eine enge Kaltwicklung ein Risiko. Die veröffentlichten Daten für die Familie zeigen, dass die Bruchdehnung von über 16 % in der Güteklasse mit 4 % Aluminium auf über 10 % in der Güteklasse mit 7 % Aluminium und Molybdän sinkt. Wickeln bei Temperatur, ein minimaler Biegeradius oder ein Glühen vor dem Formen sind die üblichen Antworten, und die Zeichnung sollte eine davon angeben.

Es ist ein Verlust an Zähigkeit bei ferritischen Eisen-Chrom-Aluminium-Legierungen um 475 °C, verursacht durch die Trennung des Ferrits in zwei Phasen mit unterschiedlichen Chromgehalten. Ein Heizelement, das durch diesen Bereich langsam abkühlt oder darin gehalten wird, kann ohne Änderung der Zusammensetzung spröde werden. Die veröffentlichte Beschreibung der höhertemperaturigen Güteklasse in derselben Familie nennt 475 °C als spröden Temperaturbereich.

Weil das Element heißer als der Ofen laufen muss, um Wärme in ihn zu übertragen. Die maximale Elementtemperatur im Standard ist die Temperatur des Drahtes, und ein Ofen bei einer gegebenen Temperatur kann ein Element enthalten, das über seiner Nennung liegt, wenn das Element schlecht gestützt ist oder die Last verloren gegangen ist. Eine Spezifikation, die die Ofentemperatur angibt, hat die falsche Zahl angegeben.

Die Eisen-Chrom-Aluminium-Güteklasse hat einen höheren spezifischen Widerstand, eine höhere Elementtemperatur, niedrigere Legierungskosten und eine viel geringere Duktilität bei Raumtemperatur. Die Nickel-Chrom-Güteklasse hat einen niedrigeren spezifischen Widerstand, eine niedrigere Elementtemperatur, höhere Legierungskosten und genügend Duktilität, um kalt gewickelt zu werden. Wo das Element gestützt ist und die Atmosphäre oxidierend ist, ist die Eisen-Chrom-Aluminium-Güteklasse normalerweise die billigere Lösung.

Der Name 0Cr13Al6Mo2 ist eine Design-Aussage: niedriger Kohlenstoff für Schweißbarkeit, niedriger Chrom für Kosten, hoher Aluminiumgehalt für Temperatur und Molybdän für spezifischen Widerstand und Festigkeit. Die Familiendaten bestätigen die Logik, wobei die maximale Elementtemperatur von 950 °C bei 4 % Aluminium auf 1.400 °C bei 7 % Aluminium mit Molybdän steigt und der spezifische Widerstand über denselben Satz von Güteklassen von 1,23 auf 1,53 μΩ·m steigt.

Die Kosten des Designs sind Duktilität, und sie treten zweimal auf. Ein hoch-aluminiumhaltiger Draht widersteht dem Kaltwickeln, und eine ferritische Legierung wird um 475 °C spröde, wenn sie durch diesen Bereich langsam abkühlt. Eine Spezifikation, die die Elementtemperatur, die Wicklungsroute und die Oberflächenbeschaffenheit angibt, hat die drei Punkte abgedeckt, die entscheiden, ob der Draht sowohl die Herstellung als auch den Einsatz übersteht.

GB/T 1234, hochwiderstandsfähige Legierungen für elektrische Heizungen, als nationaler Standard für die zitierten Güteklassen, Formen und Eigenschaftswerte für die Eisen-Chrom-Aluminium-Familie.

Veröffentlichte Eigenschaftstabelle für hochwiderstandsfähige Heizlegierungen aus Eisen-Chrom-Aluminium nach GB/T 1234, mit Zusammensetzungsbereichen, maximaler Elementtemperatur, spezifischem Widerstand bei 20 °C, Dichte, Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnungskoeffizient, Schmelzpunkt, Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Querschnittsreduzierung und Härte für 1Cr13Al4, 0Cr21Al4, 0Cr21Al5, 0Cr21Al6, 0Cr21Al6Nb und 0Cr27Al7Mo2.

Veröffentlichte Beschreibung von 0Cr27Al7Mo2 nach GB/T 1234-2012, die besagt, dass Kaltformbarkeit und Schweißbarkeit im gelieferten Zustand schlecht sind und 475 °C der spröde Temperaturbereich für die ferritische Struktur ist.

Veröffentlichte technische Daten für Eisen-Chrom-Aluminium-Heizlegierungen, die die Aluminiumoxid-Schicht, ihre Stabilität bei hoher Temperatur und die Voroxidationsbehandlung vor dem Einsatz beschreiben.

Veröffentlichte Vergleichsstudie von Eisen-Chrom-Aluminium- und Nickel-Chrom-Widerstandslegierungen, die spezifischen Widerstand, maximale Temperatur, Duktilität und Verhalten in reduzierenden Atmosphären abdeckt.

GB/T 1234 Produktformen, die gezogenen Draht, gewalzte Bänder, Stangen und gewickelte Stäbe als Lieferformen für die genannten Güteklassen abdecken.

ASTM B603, Standard-Spezifikation für Draht aus Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung für elektrische Widerstands- und Heizungsanwendungen, als vergleichbares Dokument außerhalb des chinesischen Standardisierungssystems.

EN 10204, Inspektionsdokumente, für die Definition des 3.1-Zertifikats als Dokument, das tatsächliche Prüfergebnisse enthält und von einem unabhängigen Prüfbeauftragten des Herstellers bestätigt wurde.

Die hier zitierten Zusammensetzungsbereiche und Eigenschaftswerte sind die veröffentlichten Werte für die genannten Familienmitglieder und stellen keine Bescheinigung für eine gelieferte Charge dar. Die Eigenschaften von 0Cr13Al6Mo2 selbst sollten der aktuellen Ausgabe des anwendbaren Standards und dem Datenblatt des Lieferanten für die spezifische Form und Größe entnommen werden, da die Werte für eine Güteklasse vom Zieh- und Glühverfahren beeinflusst werden. Die maximale Elementtemperatur ist eine Eigenschaft des Drahtes in einer angegebenen Atmosphäre und keine Eigenschaft des Ofens, und sie setzt ein gestütztes Element mit definierter Wärmeübertragung voraus. Die 475 °C-Sprödigkeit und die Einschränkung beim Kaltwickeln gelten generell für die ferritische Familie, und ihre Schwere hängt vom Aluminiumgehalt und der thermischen Historie ab. Produktspezifikationen werden überarbeitet, und die auf der Bestellung angegebene Ausgabe ist maßgebend. Nichts auf dieser Seite ersetzt eine technische Freigabe oder die zwischen Käufer und Lieferant vereinbarten Qualifizierungsprüfungen.