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l2％～30％Cr，4％～8％Al，余为Fe，呈铁素体组织，普遍使用的是0Cr25Al5合金，其最高使用温度为1200℃。合金0Cr25Al5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0Cr25Al5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0Cr25Al5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0Cr25Al5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0Cr25Al5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0Cr25Al5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0Cr25Al5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0Cr25Al5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0Cr25Al5和合金Cr20Ni80进行了对比研究。合金0Cr25Al5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0Cr25Al5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0Cr25Al5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。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 电热合金的概述

1．1．1 电热合金的基本定义

1．1．2 电热合金要求以及特点

1．1．3 电热合金的力学性能

1．1．4 电热合金的氧化性能

1．2 电热合金的国内外发展状况

1．3 电热合金电阻率的发展状况

1．3．1 电阻率的定义

1．3．2 量子力学电阻率

1．3．3 Matthiessen定则

1．3．4 电热合金电阻率的特点

1．3．5 影响电热合金电阻率特性的因素

1．4 晶粒尺寸对性能的影响

1．4．1 晶粒尺寸对强度的影响

1．4．2 晶粒尺寸对塑性的影响

1．4．3 晶粒尺寸对韧性的影响

1．4．4 晶粒尺寸对电阻率的影响

1．4．5 改变晶粒尺寸的方法

1．5 镍铬系电热合金Cr20Ni80

1．5．1 Cr20Ni80的微观组织

1．5．2 Cr20Ni80的电阻率

1．5．3 Cr20Ni80的力学性能

1．5．4 Cr20Ni80的氧化性能

1．6 铁铬铝系电热合金0Cr25Al5

1．6．1 0Cr25Al5的微观组织

1．6．2 0Cr25Al5的电阻率

1．6．3 0Cr25Al5的力学性能

1．6．4 0Cr25Al5的氧化机理

1．7 课题研究背景及目标

1．8 课题研究内容

第二章 实验材料及方法

2．1 实验材料及实验设备

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验设备

2．2 实验方案及检测分析方法

2．2．1 实验方案

2．2．2 实验检测分析方法

第三章 电热合金Cr20Ni80的组织观察及电性能分析

3．1 实验过程

3．2 实验结果及分析

3．2．1 不同形变量试样的光学显微组织

3．2．2 不同形变量试样的电阻率变化

3．2．3 热处理后试样的光学显微组织

3．2．4 热处理后试样的电阻率

3．2．5 热处理后试样电阻率的误差分析

3．2．6 Cr20Ni80合金的氧化性

3．3 讨论

3．4 本章小结

第四章 电热合金0Cr25Al5的组织观察及电性能分析

4．1 实验过程

4．2 实验结果及分析

4．2．1 不同形变量试样的光学显微组织

4．2．2 不同形变量试样的电阻率变化

4．2．3 热处理后试样的光学显微组织

4．2．4 热处理后试样的电阻率

4．2．5 热处理后试样电阻率的误差分析

4．2．6 0Cr25Al5合金的氧化性合金

4．3 讨论

4．4 本章小结

第五章 合金0Cr25Al5和Cr20Ni80组织及性能对比

5．1 合金0Cr25Al5和合金Cr20Ni80化学成分对比及分析

5．2 合金0Cr25Al5和合金Cr20Ni80组织对比及分析

5．2．1 0Cr25Al5合金和Cr20Ni80合金母材组织对比及分析

5．2．2 0Cr25Al5合金和Cr20Ni80合金冷加工后组织对比及分析

5．2．3 0Cr25Al5合金和Cr20Ni80合金热处理后组织对比及分析

5．3 合金0Cr25Al5和合金Cr20Ni80电阻率对比及分析

5．3．1 0Cr25Al5合金和Cr20Ni80合金母材电阻率对比及分析

5．3．2 0Cr25Al5合金和Cr20Ni80合金冷加工后电阻率对比及分析

5．3．3 0Cr25Al5合金和Cr20Ni80合金热处理后电阻率对比及分析

5．4 合金0Cr25Al5和合金Cr20Ni80氧化性对比及分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间所发表的学术论文目录