0Cr13Al6Mo2 liga de alta resistência de aquecimento elétrico é um material de elemento de aquecimento elétrico de alta qualidade e eficiente

O nome desta liga é a sua receita, e lê-la é a forma mais rápida de entender o que ela pode e não pode fazer. O zero antes do crómio significa um teor de carbono muito baixo, o que é uma afirmação sobre a soldabilidade e a ductilidade após o serviço. O 13 é o nível de crómio, que é baixo para uma liga de aquecimento. O 6 é alumínio, que é alto, e o 2 é molibdénio.

Cada um desses três números compra algo e custa algo. O crómio forma o óxido que protege o fio, e é o elemento caro na receita, então diminuí-lo reduz o custo do metal. O alumínio forma um óxido que protege pelo menos tão bem e custa muito menos, então aumentá-lo aumenta a temperatura de serviço sem aumentar o custo da liga. O molibdénio aumenta a resistividade e ajuda na resistência a altas temperaturas. O custo do alumínio é pago em ductilidade, e essa é a propriedade que um comprador nota primeiro.

Esta página coloca a classe contra a família publicada a que pertence, mostra o que os dados da família dizem sobre o comércio de alumínio e crómio, e estabelece as duas coisas que uma especificação tem de dizer sobre uma liga de alto teor de alumínio que não tem de dizer sobre uma classe de níquel-crómio.

O intercâmbio entre crómio e alumínio é o facto central da família ferro-crómio-alumínio, e é visível nos dados publicados para as classes em torno desta. A tabela abaixo reproduz a composição e os valores de propriedade de seis classes da norma nacional para ligas de aquecimento de alta resistência.

Três regularidades podem ser lidas diretamente da tabela, e elas explicam o design da classe sobre a qual esta página trata.

A primeira é que a temperatura máxima do elemento aumenta com o alumínio. A classe com 3,0 a 4,2% de alumínio é classificada para 1.100 °C, e as classes com 5,0 a 7,0% são classificadas de 1.250 a 1.400 °C, dependendo do crómio e da adição de nióbio ou molibdénio. O alumínio é o elemento que compra temperatura nesta família, e compra-o mais barato do que o crómio.

A segunda é que a resistividade aumenta com o alumínio e com o molibdénio. A classe de baixo teor de alumínio situa-se em 1,23 μΩ·m, as classes de 5 a 7% situam-se em 1,42 a 1,43, e a classe com 2% de molibdénio situa-se em 1,53. Uma resistividade mais alta significa um fio mais curto para a mesma potência à mesma voltagem, o que é uma poupança real num elemento de aquecimento.

A terceira é que a densidade diminui à medida que o alumínio aumenta, de 7,40 g/cm3 na classe de baixo teor de alumínio para 7,10 nas classes de alto teor de alumínio. O alumínio é o elemento leve aqui, então um fio de mesmo diâmetro pesa menos, e o designer do elemento obtém um pouco menos de massa para o mesmo comprimento.

Essas três regularidades também mostram por que uma classe com apenas 13% de crómio pode ser interessante. O crómio é a parte cara da receita, e se o alumínio puder suportar a maior parte da resistência à oxidação, então um nível mais baixo de crómio reduz o custo do metal, mantendo uma capacidade de temperatura útil. Essa é a lógica de design do 0Cr13Al6Mo2, e é a razão pela qual a classe existe numa família onde a maioria dos membros está acima de 20% de crómio.

Uma liga com 6% de alumínio é uma liga de ferro ferrítica com um grande volume de alumínio em solução, e essa estrutura não é dúctil à temperatura ambiente. Os dados publicados da família mostram a tendência antes que o alumínio atinja 6%: o alongamento na rutura cai de mais de 16% na classe de 4% de alumínio para mais de 10% na classe de 7% de alumínio com molibdénio, e a redução de área cai da faixa de 65 a 75% para a extremidade inferior da mesma faixa.

A consequência prática é uma regra de fabricação que uma liga de níquel-crómio não precisa. Um fio de ferro-crómio-alumínio de alto teor de alumínio é normalmente enrolado à temperatura ou com um raio de curvatura mínimo, e uma dobra a frio que uma classe de 20% de crómio aceitaria pode rachar uma classe de 6% de alumínio. Um desenho que especifica uma bobina apertada e uma operação de conformação a frio especificou uma rota de fabricação que a liga pode não sobreviver, e a falha aparece como uma rachadura na parte interna da bobina e não uma vida curta em serviço.

Há uma segunda fragilidade que pertence ao mesmo parágrafo. As ligas de ferro-crómio-alumínio passam por uma faixa quebradiça em torno de 475 °C, onde uma estrutura ferrítica se separa em duas fases com diferentes teores de crómio e a liga perde tenacidade. Um elemento de aquecimento que arrefece lentamente através dessa faixa, ou que é mantido nela, pode tornar-se quebradiço sem qualquer alteração na sua composição. A descrição publicada da classe de temperatura mais alta da mesma família nomeia 475 °C como a faixa de temperatura quebradiça, e a mesma cautela aplica-se a qualquer classe ferrítica da família.

A distinção entre temperatura do elemento e temperatura do forno na terceira linha é a que causa mais discussões sobre um aquecedor com defeito. A temperatura nominal na norma é a temperatura do elemento, e o elemento funciona mais quente do que o forno porque tem de transferir o seu calor para algum lugar. Um forno a 1.100 °C pode conter um elemento que está bem acima da sua classificação se o elemento for mal suportado ou se a carga tiver sido perdida.

Ambos os filmes protegem e comportam-se de forma diferente a altas temperaturas. Um filme de óxido de crómio forma-se rapidamente e é fino, e protege a liga abaixo da temperatura em que o óxido de crómio começa a evaporar. Um filme de óxido de alumínio é mais estável a temperaturas mais altas, razão pela qual as classes de alto teor de alumínio da família atingem 1.250 a 1.400 °C, enquanto a classe de 13% de crómio com 4% de alumínio é classificada a 950 °C.

O filme de óxido de alumínio também cresce mais lentamente uma vez estabelecido, o que é a razão para a classificação de temperatura mais alta. É menos tolerante durante as primeiras horas de serviço, porque o filme tem de se formar antes de proteger, e um elemento de aquecimento é geralmente submetido a uma pré-oxidação controlada antes de ser colocado em serviço. Um fornecedor que envia um fio sem uma condição de superfície declarada deixou essa etapa para o cliente.

Essa é a segunda coisa que uma especificação deve dizer sobre uma liga de alto teor de alumínio e que uma liga de níquel-crómio não precisa. A condição da superfície na entrega decide como o filme se forma na primeira vez que é aquecido, e um fio com marcas de trefilação ou lubrificante residual forma-o de forma desigual. Uma superfície brilhante recozida e uma superfície decapada não são intercambiáveis para este fim, e o desenho deve nomear uma delas.

A comparação explica por que ambas as famílias existem. Onde a atmosfera é oxidante, a temperatura é alta, e o elemento pode ser suportado, a classe de ferro-crómio-alumínio é mais barata e funciona mais quente. Onde o elemento não é suportado, onde a atmosfera alterna entre redutora e oxidante, ou onde o fio tem de ser enrolado a frio, a classe de níquel-crómio é a que sobrevive à fabricação e ao serviço.

A norma nacional para ligas de aquecimento de alta resistência abrange fio trefilado, fita laminada, barra e fio enrolado, e a classe é encomendada por forma, bem como por composição. As formas que importam para um elemento de aquecimento são fio para um elemento enrolado, fita para uma folha gravada ou um elemento plano, e barra para uma secção pesada.

A DLX fornece ligas de aquecimento de ferro-crómio-alumínio em Changzhou, Jiangsu, em fio a partir de 0,025 mm, barra redonda até 50 mm, e fita de 0,50 mm a 2,5 mm de espessura, juntamente com as classes de níquel-crómio usadas onde uma liga de alto teor de alumínio é a escolha errada. O material é fornecido de acordo com a norma indicada na encomenda, com um certificado EN 10204 3.1 a pedido e o número de lote rastreável aos resultados dos testes.

As duas questões que decidem uma cotação são a temperatura do elemento e a rota de fabricação. Uma classe que é correta para a temperatura ainda pode falhar na operação de enrolamento, e um fornecedor que conhece o raio de curvatura e o diâmetro da bobina pode dizê-lo antes que o fio seja cortado.

O zero é um teor de carbono muito baixo. O 13 é cerca de 13% de crómio, o 6 é cerca de 6% de alumínio, e o 2 é cerca de 2% de molibdénio. O nível de carbono é mantido baixo para que menos crómio seja consumido como carboneto, o crómio forma o óxido base, o alumínio aumenta a temperatura que o óxido pode suportar, e o molibdénio aumenta a resistividade e a resistência a altas temperaturas.

Porque o crómio é o elemento caro e o alumínio pode suportar grande parte da resistência à oxidação. Os dados publicados da família mostram classes de 21 a 27% de crómio atingindo 1.250 a 1.400 °C, e uma classe de 12 a 15% de crómio com 4 a 6% de alumínio atingindo 950 °C. Uma classe com 13% de crómio e 6% de alumínio é uma tentativa de comprar mais temperatura com alumínio, mantendo o custo do crómio baixo.

Uma liga ferrítica de alto teor de alumínio tem ductilidade limitada à temperatura ambiente, pelo que uma bobina fria apertada é um risco. Os dados publicados para a família mostram o alongamento na rutura a cair de mais de 16% na classe de 4% de alumínio para mais de 10% na classe de 7% de alumínio com molibdénio. O enrolamento à temperatura, um raio de curvatura mínimo, ou um recozimento antes da conformação são as respostas habituais, e o desenho deve nomear uma delas.

É uma perda de tenacidade em ligas ferríticas de ferro-crómio-alumínio em torno de 475 °C, causada pela separação da ferrita em duas fases com diferentes teores de crómio. Um elemento de aquecimento que arrefece lentamente através dessa faixa, ou que é mantido nela, pode tornar-se quebradiço sem qualquer alteração na composição. A descrição publicada da classe de temperatura mais alta da mesma família nomeia 475 °C como a faixa de temperatura quebradiça.

Porque o elemento tem de funcionar mais quente do que o forno para lhe transferir calor. A temperatura máxima do elemento na norma é a temperatura do fio, e um forno a uma dada temperatura pode conter um elemento que está acima da sua classificação se o elemento for mal suportado ou se a carga tiver sido perdida. Uma especificação que cita a temperatura do forno citou o número errado.

A classe de ferro-crómio-alumínio tem uma resistividade mais alta, uma temperatura de elemento mais alta, um custo de liga mais baixo e uma ductilidade à temperatura ambiente muito mais baixa. A classe de níquel-crómio tem uma resistividade mais baixa, uma temperatura de elemento mais baixa, um custo de liga mais alto e ductilidade suficiente para ser enrolada a frio. Onde o elemento é suportado e a atmosfera é oxidante, a classe de ferro-crómio-alumínio é geralmente a resposta mais barata.

O nome 0Cr13Al6Mo2 é uma declaração de design: baixo teor de carbono para soldabilidade, baixo teor de crómio para custo, alto teor de alumínio para temperatura, e molibdénio para resistividade e resistência. Os dados da família confirmam a lógica, com a temperatura máxima do elemento a aumentar de 950 °C a 4% de alumínio para 1.400 °C a 7% de alumínio com molibdénio, e a resistividade a aumentar de 1,23 para 1,53 μΩ·m em todo o mesmo conjunto de classes.

O custo do design é a ductilidade, e aparece duas vezes. Um fio de alto teor de alumínio resiste ao enrolamento a frio, e uma liga ferrítica torna-se quebradiça em torno de 475 °C se arrefecer lentamente através dessa faixa. Uma especificação que nomeia a temperatura do elemento, a rota de enrolamento e a condição da superfície cobriu os três itens que decidem se o fio sobrevive tanto à fabricação quanto ao serviço.

GB/T 1234, ligas de alta resistência para aquecimento elétrico, como norma nacional para as classes, formas e valores de propriedade citados para a família ferro-crómio-alumínio.

Tabela de propriedades publicadas para ligas de aquecimento de alta resistência ferro-crómio-alumínio de acordo com GB/T 1234, fornecendo faixas de composição, temperatura máxima do elemento, resistividade a 20 °C, densidade, condutividade térmica, coeficiente de expansão, ponto de fusão, resistência à tração, alongamento, redução de área e dureza para 1Cr13Al4, 0Cr21Al4, 0Cr21Al5, 0Cr21Al6, 0Cr21Al6Nb e 0Cr27Al7Mo2.

Descrição publicada de 0Cr27Al7Mo2 de acordo com GB/T 1234-2012, observando que a conformabilidade a frio e a soldabilidade são pobres na condição de fornecimento e que 475 °C é a faixa de temperatura quebradiça para a estrutura ferrítica.

Dados técnicos publicados para ligas de aquecimento de ferro-crómio-alumínio, descrevendo a escala de óxido de alumínio, a sua estabilidade a altas temperaturas e o tratamento de pré-oxidação utilizado antes do serviço.

Comparação publicada de ligas de resistência de ferro-crómio-alumínio e níquel-crómio, cobrindo resistividade, temperatura máxima, ductilidade e comportamento em atmosferas redutoras.

Formas de produto GB/T 1234, cobrindo fio trefilado, fita laminada, barra e fio enrolado como formas de entrega para as classes nomeadas.

ASTM B603, especificação padrão para fio de liga de ferro-crómio-alumínio para resistência elétrica e aquecimento, como documento comparável fora do sistema de normas chinesas.

EN 10204, documentos de inspeção, para a definição do certificado 3.1 como um documento que transporta resultados de teste reais e endossado pelo representante independente de inspeção do fabricante.

As faixas de composição e os valores de propriedade aqui citados são os valores publicados para os membros da família nomeados, e não são um certificado para um lote entregue. As propriedades do próprio 0Cr13Al6Mo2 devem ser retiradas da edição atual da norma aplicável e da folha de dados do fornecedor para a forma e tamanho específicos, porque os valores de uma classe são afetados pela rota de trefilação e recozimento. A temperatura máxima do elemento é uma propriedade do fio numa atmosfera declarada e não uma propriedade do forno, e assume um elemento suportado com uma transferência de calor definida. A fragilidade a 475 °C e a limitação de enrolamento a frio aplicam-se à família ferrítica em geral e a sua gravidade depende do teor de alumínio e da história térmica. As especificações do produto são revistas, e a edição nomeada na ordem de compra rege. Nada nesta página substitui uma liberação de engenharia ou os testes de qualificação acordados entre comprador e fornecedor.