Сплав манганин

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Небольшой самородок меди

Обычно самородная медь образуется в зоне окисления некоторых медносульфидных месторождений в ассоциации с кальцитом, самородным серебром, купритом, малахитом, азуритом, брошантитом и другими минералами. Массы отдельных скоплений самородной меди достигают 400 тонн. Крупные промышленные месторождения самородной меди вместе с другими медьсодержащими минералами формируются при воздействии на вулканические породы (диабазы, мелафиры) гидротермальных растворов, вулканических паров и газов, обогащенных летучими соединениями меди (например, месторождение озера Верхнее, США).
Самородная медь встречается также в осадочных породах, преимущественно в медистых песчаниках и сланцах.
Наиболее известные месторождения самородной меди – Туринские рудники (Урал), Джезказганское (Казахстан), в США (на полуострове Кивино, в штатах Аризона и Юта).

Медь

Мягкий, пластичный металл розовато-золотистого цвета. Его красота издревле привлекала человека, поэтому первыми изделиями из меди были украшения.

В присутствии кислорода медные слитки и изделия из меди приобретают красновато-жёлтый оттенок за счёт образования плёнки из оксидов. Во влажной среде в присутствии углекислого газа медь становится зеленоватой.

Медь имеет высокие показатели теплопроводности и электропроводности, что обеспечивает ей использование в электротехнике. Не меняет свойств в значительном диапазоне температур от очень низких до очень высоких. Не магнитная.

В природе залежи медной руды чаще, чем других металлов, находятся на поверхности. Это позволяет вести добычу открытым способом. Встречаются крупные медные самородки с высокой чистотой меди и медные жилы. Помимо этого медь получают из таких соединений:

• медный колчедан,
• халькозин,
• борнит,
• ковеллин,
• куприт,
• азурит,
• малахит.

Манганин

Манганин имеет очень малое значение термоЭДС в паре с медью, высокую стабильность удельного сопротивления во времени, что позволяет широко использовать его при изготовлении резисторов и электроизмерительных приборов самых высоких классов точности.
 

Манганин ( как и другие сплавы) имеет свойство изменять свое сопротивление с течением времени. Основной причиной этого являются те механические напряжения, которые создаются в проволоке при намотке ее и приводят впоследствии к некоторым перегруппировкам молекул и изменению структуры материала. Для повышения стабильности изготовленных катушек сопротивления их подвергают искусственному старению, нагревая несколько раз до 150 С, что значительно уменьшает последующее изменение сопротивления в процессе эксплуатации. Для катушек сопротивлений с номинальным значением менее 100 ом, наматываемых из голой, неизолированной проволоки, в последнее время разработан более эффективный способ искусственного старения, заключающийся в весьма быстром нагреве уже намотанной катушки до температуры около 600 С кратковременным импульсом электрического тока.
 

Манганин — медный сплав, содержащий ( кроме меди) 11 0 — 13 / 0 Мп и 2 5 — 3 5 % Ni; используется для изготовления реостатов и катушек сопротивления в электротехнических приборах.
 

Манганин — сплав, содержащий 11 — 13 % марганца, 2 5 — 3 5 % никеля, остальное — медь с примесями кремния и железа.
 

Манганин — сплав меди 86 %, марганца 12 % и никеля 2 %, обладает высоким удельным сопротивлением и малым температурным коэффициентом ( примерно 0 6 10 — 5 1град), поэтому он применяется для изготовления шунтов, добавочных сопротивлений и образцовых катушек сопротивлений.
 

Манганин отличается характерным желтоватым оттенком.
 

Манганин представляет собой сплав меди, марганца и никеля.
 

Манганин и константан используются для эмалирования как в виде мягкой, так и в виде твердой проволоки. Нихромовые эмалированные провода выпускаются из проволоки, предварительно отожженной в водородной среде.
 

Манганин широко применяется для изготовления приборов электросопротивления с рабочей температурой до 100 С, а также для точных электроизмерительных приборов.
 

Манганин МНМц 3 — 12 отличается высоким электросопротивлением, малым температурным коэффициентом сопротивления и небольшой термоэлектродви-жущей силой в Ъаре с медью.
 

Манганин МНМц 3 — 12 отличается высоким электросопротивлением, малым температурным коэффициентом сопротивления и небольшой термоэлектродвижущей силой в паре с медью.
 

Технический манганин представляет собой сплав марганца, никеля и меди. Манганин после отжига при 400 С поддается прокатке и волочению; проволока имеет минимальный диаметр 0 02 мм. TKR 3 — 10 5 / град; термоэлектродвижущая сила в паре с медью близка к пулю: ет 1 мкв / град. Механическая обработка и различные деформации ( наклеп) приводят к увеличению удельного сопротивления и к снижению стабильности свойств. Так, усилия при нанесении изоляции на проволоку и ее намотке на катушку достаточны, чтобы в отожженном манганине появилось явление наклепа; поэтому для стабилизации свойств готовых образцовых сопротивлений ( секций) их подвергают вторичной термической обработке. Допустимая рабочая температура цля манганина может составлять 200 С, однако для образцовых сопротивлений рабочую температуру ограничивают 60 С, так как при более высоких температурах характеристики манганина несколько изменяются. Серебряный манганин, состоящий из марганца, никеля и серебра, имея примерно те же свойства, что и технический манганин, выдерживает рабочую температуру до 200 С без существенного изменения проводимости.
 

Манганин МНМц 3 — 12 отличается высоким электросопротивлением, малым температурным коэффициентом сопротивления и незначительной термоэлектродвижущей силой ь паре с медью.
 

Манганин МНМц 3 — 12 отличается высоким электросопротивлением, малым температурным коэффициентом сопротивления и незначительной термоэлектродвижущей силой в паре с медью.
 

Кривые относительных фазовых проницаемостеи а-система нефть — вода. б — система газ — нефть.

Химические свойства

По таким характеристикам медь, электропроводность и теплопроводность которой очень высокие, занимает промежуточное положение между элементами первой триады восьмой группы и щелочными первой группы таблицы Менделеева. К основным ее химическим свойствам относят:

• склонность к комплексообразованию;
• способность давать окрашенные соединения и нерастворимые сульфиды.

Наиболее характерным для меди является двухвалентное состояние. Сходства с щелочными металлами она не имеет практически никакого. Химическая активность ее также невелика. В присутствии СО2 или же влаги на поверхности меди образуется зеленая карбонатная пленка. Все соли меди являются ядовитыми веществами. В одно- и двухвалентном состоянии этот металл образует очень устойчивые комплексные соединения. Наибольшее значение для промышленности имеют аммиачные.

Таблица удельных сопротивлений проводников

Серебро Медь Золото Латунь Алюминий Натрий Иридий Вольфрам Цинк Молибден Никель Бронза Железо Сталь Олово Свинец Никелин (сплав меди, никеля и цинка) Манганин (сплав меди, никеля и марганца) Константан (сплав меди, никеля и алюминия) Титан Ртуть Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца) Фехраль Висмут Хромаль

0,015 0,0175 0,023 0,025. 0,108 0,028 0,047 0,0474 0,05 0,054 0,059 0,087 0,095. 0,1 0,1 0,103. 0,137 0,12 0,22 0,42 0,43. 0,51 0,5 0,6 0,94 1,05. 1,4 1,15. 1,35 1,2 1,3. 1,5

Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм 2 обладает сопротивлением 0,13 Ом. Чтобы получить 1 Ом сопротивления нужно взять 7,7 м такой проволоки. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро. 1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм 2 . Серебро – лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм 2 обладает сопротивлением 0,0175 Ом. Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.

Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.

Сопротивление проводника можно определить по формуле:

где r – сопротивление проводника в омах; ρ – удельное сопротивление проводника; l – длина проводника в м; S – сечение проводника в мм 2 .

Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм 2 .

Пример 2. Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм 2 .

Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.

Пример 3. Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 Ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм 2 . Определить необходимую длину проволоки.

Пример 4. Определить сечение 20 м нихромовой проволоки, если сопротивление ее равно 25 Ом.

Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм 2 и длиной 40 м имеет сопротивление 16 Ом. Определить материал проволоки.

Материал проводника характеризует его удельное сопротивление.

По таблице удельных сопротивлений находим, что таким сопротивлением обладает свинец.

Выше было указано, что сопротивление проводников зависит от температуры. Проделаем следующий опыт. Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки и включим эту спираль в цепь аккумулятора. Для измерения тока в цепь включаем амперметр. При нагревании спирали в пламени горелки можно заметить, что показания амперметра будут уменьшаться. Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.

У некоторых металлов при нагревании на 100° сопротивление увеличивается на 40 – 50 %. Имеются сплавы, которые незначительно меняют свое сопротивление с нагревом. Некоторые специальные сплавы практически не меняют сопротивления при изменении температуры. Сопротивление металлических проводников при повышении температуры увеличивается, сопротивление электролитов (жидких проводников), угля и некоторых твердых веществ, наоборот, уменьшается.

Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой платиновую проволоку, намотанную на слюдяной каркас. Помещая термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи.

Если при температуре t сопротивление проводника равно r, а при температуре t равно r_t, то температурный коэффициент сопротивления

Примечание. Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200°C).

Приводим значения температурного коэффициента сопротивления α для некоторых металлов (таблица 2).

Медь техническая

В отожженном состоянии она достаточно пластична, но имеет относительно низкую прочность. Химический состав технических марок меди определяет ГОСТ 859–41. Технические марки применяются при выплавке медных сплавов в качестве шихтового материала Техническая марки М0 используется при изготовлении высокой чистоты сплавов, проводников тока. M1 при изготовлении полуфабрикатов, которые получают методом прокатки, при производстве высококачественных бронз, которые не содержат олова. М2 — техническая марка, служит для производства бронз для изготовления высококачественных полуфабрикатов, которые обрабатываются под давлением. Техническая марка МЗ востребована для полуфабрикатов, которые получают способом прокатки, производства бронз стандартного качества и др. литейных сплавов, а также неответственных электрических контактов (как и сплав М2). Техническая марка М4 используется при выплавке литейных бронз.

Алюминий и его сплавы

Алюминий — цветной металл, который имеет серебристо-белый оттенок и плавится при температуре 650°С. В периодической системе ему соответствует символ Al. Этот элемент занимает третье место по распространенности среди всех пород в земной коре (на первом месте — кислород, на втором — кремний). В атмосферных условиях на поверхности алюминия образуется оксидная пленка, препятствующая появлению коррозии.

Важные свойства алюминия:

• Низкая плотность — всего 2,7г/см3 (например, у меди — 8,94г/см3).
• Высокая электрическая проводимость (37*106 См/м) и теплопроводность (203,5 Вт/(м·К)).
• Низкая прочность в чистом виде — 50 МПа.
• Структура кристаллической решетки — кубическая гранецентрированая.

Металл легко обрабатывается давлением. Находит широкое применение в электропромышленности: из алюминия изготавливают проводники электрического тока. При производстве стали его используют для раскисления. Из алюминия также делают посуду, однако она не подходит для приготовления солений и хранения кисломолочных продуктов — элемент неустойчив в щелочной и кислой среде. Некоторые стальные детали покрывают алюминием (процесс алитирования), чтобы повысить их жаростойкость. Из-за невысокой прочности алюминий практически не применяется в чистом виде.

При маркировке алюминия используется буква А в сочетании с числом, которое указывает на содержание металла. Например, марка A99 содержит 99,95% алюминия, а марка А99 — 99,99%. Существует также марка особой чистоты — А999, в которой 99,999% алюминия.

Деформируемые сплавы алюминия

Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые.

Упрочняемые деформируемые сплавы алюминия — это дуралюмины (система А-Сu-Mg) и высокопрочные сплавы (Аl-Сu-Mg-Zn). Высокие механические свойства и небольшой удельный вес позволяют широко применять эти сплавы в области машиностроения, особенно — в изготовлении деталей для самолетов.

Основными легирующими элементами для дуралюминов служат магний и медь. Эти сплавы маркируются буквой Д с числом. Из Д1 делают лопасти винтов, Д16 используется для лонжеронов, шпангоутов, обшивки самолетов, а Д 17 — для крепежных заклепок.

Высокопрочные сплавы, помимо алюминия, меди и магния, содержат цинк. Обозначаются буквой В и числом, применяются для изготовления деталей сложной конфигурации, лопастей вертолетов, высоконагруженных конструкций.

Неупрочняемые деформируемые алюминиевые сплавы — это сплавы алюминия с марганцем (маркировка — АМц1) и с магнием (AМг2 и АМг3). Они хорошо обрабатываются сваркой, вытяжкой, прокаткой, горячей и холодной штамповкой. Отличаются высокой пластичностью, но при этом не очень прочные. Они выпускаются преимущественно в виде листов, которые применяются для изготовления изделий сложной формы (заклепки, рамы и др.).

Литейные сплавы на основе алюминия

Наиболее широкое применение получили литейные сплавы алюминия и кремния, которые называются силуминами. Они содержат более 4,5% кремния и обозначаются буквами АК с номером марки. Силумины сочетают малый удельный вес с высокими механическими и литейными свойствами. Они применяются для сложного литья авто-, мото- и авиадеталей, а также для производства некоторых видов бытовой техники — мясорубок, теплообменников, санитарно-технических арматур и др.

История

Единого мнения у историков науки о первооткрывателе сплава не существует.

В англоязычной литературе сообщается, что манганин впервые был получен американским изобретателем Эдвардом Вестоном, обнаружившим отрицательный ТКС изобретённого в Германии сплава под названием константан. И на основе этого изучения изобрёл манганин. На химический состав и как на материал для резисторов точных электроизмерительных приборов, сопротивление резисторов которых почти не зависит от температуры, изобретатель получил патент в 1888 г. В патенте описан сплав, содержащий 70 % меди и 30 % марганца (который для снижения стоимости предлагается заменить ферромарганцем). Изобретатель назвал его «Сплав № 3», но германские производители, у которых он разместил заказ на производство проволоки из нового материала, дали ему собственное наименование «Манганин» под которым он получил широкую известность.

В немецкоязычной и отечественной литературе господствует утверждение о приоритете в изобретении сплава германских учёных и производителей. По этой версии манганин был получен в 1889 или в 1892 году сотрудниками Имперского физико-технического института (нем.)русск. Карлом Фойзнером (нем.)русск. и Стефаном Линдеком (нем.)русск. проводивших исследования в сотрудничестве с компанией Isabellenhütte Heusler. Права на торговую марку MANGANIN были переданы Isabellenhütte Heusler. В некоторых источниках указывается, что Фойзнер и Линдек опирались в своей работе на результаты Вестона, но во многих источниках подобные упоминания отсутствуют.

Хромоникелевые аустенитные стали

Хромоникелевые аустенитные стали также являются нержавеющими, но за счет добавки никеля имеют удельное сопротивление почти в полтора раза выше, чем у хромистых — оно достигает величины (70…90)·10 -8 Ом·м.

Удельное электрическое сопротивление хромоникелевых нержавеющих сталей ρэ·10 8 , Ом·м

Марка стали	20	100	300	500	700	900	1100
12Х18Н9	—	74,3	89,1	100,1	109,4	114	—
12Х18Н9Т	72,3	79,2	91,2	101,5	109,2	—	—
17Х18Н9	72	73,5	92,5	103	111,5	118,5	—
Х18Н11Б	—	84,6	97,6	107,8	115	—	—
Х18Н9В	71	77,6	91,6	102,6	111,1	117,1	122
4Х14НВ2М (ЭИ69)	81,5	87,5	100	110	117,5	—	—
1Х14Н14В2М (ЭИ257)	—	82,4	95,6	104,5	112	119,2	—
1х14Н18М3Т	—	89	100	107,5	115	—	—
36Х18Н25С2 (ЭЯ3С)	—	98,5	105,5	110	117,5	—	—
Х13Н25М2В2	—	103	112,1	118,1	121	—	—
Х7Н25 (ЭИ25)	—	—	109	115	121	127	—
Х2Н35 (ЭИ36)	87,5	92,5	103	110	116	120,5	—
Н28	84,2	89,1	99,6	107,7	114,2	118,4	122,5

Применение сплава

Манганин нашел широкое применение в электронике. Он используется при создании высокоточных резисторов, мостовых схем и шунтов. Благодаря высокому удельному сопротивлению, материал применяется при изготовлении комплектующих для электроизмерительных приборов: гальванометров, амперметров, вольтметров и ваттметров. Он позволяет устройству точнее фиксировать изменения электротока.

Манганиновая проволока

Также манганин применяется при изготовлении проволочных механизмов. С помощью этого металла можно производить проволоки и металлические ленты разной длины и толщины. Он используется при производстве обмоточных проводов с изоляцией от натурального шелка, покрытых специальной эмалью.В зависимости от химического состава сырья меняются свойства проволок. При наличии алюминиевых примесей улучшаются механические характеристики, что позволяет использовать проволочные механизмы в кабельной промышленности. Твердый манганин, обладающий большой прочностью, используют для изготовления каркасов и внешних оболочек, мягкий – для внутреннего наполнения.

Благодаря наличию электрических свойств, сплав применяется при производстве прецизионных резисторов, являющихся главными компонентами электрометров. Изготовленные приспособления обладают устойчивым коэффициентом удельного сопротивления, что позволяет избежать появления термоэлектрических токов.

Биологическая роль

Метаболизм меди у человека. Поступление в энтероцит с помощью транспортера CMT1, перенос с помощью ATOX1 в сеть транс-Гольджи, при росте концентрации — высвобождение с помощью АТФ-азы ATP7A в воротную вену. Поступление в гепатоцит, где ATP7B нагружает ионами меди белок церулоплазмин, а избыток выводит в желчь.

Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных. В токе крови медь переносится главным образом белком церулоплазмином. После усваивания меди кишечником она транспортируется к печени с помощью альбумина. Медь встречается в большом количестве ферментов, например, в цитохром-с-оксидазе, в содержащем медь и цинк ферменте супероксид дисмутазе, и в переносящем кислород белке гемоцианине. В крови большинства моллюсков и членистоногих медь используется вместо железа для транспорта кислорода.

Предполагается, что медь и цинк конкурируют друг с другом в процессе усваивания в пищеварительном тракте, поэтому избыток одного из этих элементов в пище может вызвать недостаток другого элемента. Здоровому взрослому человеку необходимо поступление меди в количестве 0,9 мг в день.

Токсичность

Некоторые соединения меди могут быть токсичны при превышении ПДК в пище и воде. Содержание меди в питьевой воде не должно превышать 2 мг/л (средняя величина за период из 14 суток), однако недостаток меди в питьевой воде также нежелателен. Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) сформулировала в 1998 году это правило так: «Риски для здоровья человека от недостатка меди в организме многократно выше, чем риски от ее избытка».

В 2003 году в результате интенсивных исследований ВОЗ пересмотрела прежние оценки токсичности меди. Было признано, что медь не является причиной расстройств пищеварительного тракта .

Существовали опасения, что Гепатоцеребральная дистрофия (болезнь Вильсона — Коновалова) сопровождается накоплением меди в организме, так как она не выделяется печенью в желчь. Эта болезнь вызывает повреждение мозга и печени. Однако причинно-следственная связь между возникновением заболевания и приёмом меди внутрь подтверждения не нашла . Установлена лишь повышенная чувствительность лиц, в отношении которых диагностировано это заболевание к повышенному содержанию меди в пище и воде. Общее число лиц, поражённых заболеванием, например, в США, составляет ок. 35 000 человек, то есть 0,01 % от общего числа водопользователей. ]источник не указан 226 дней[

Органолептические свойства

Ионы меди придают излишку меди в воде отчётливый «металлический вкус». У разных людей порог органолептического определения меди в воде составляет приблизительно 2-10 мг/л. Естественная способность к такому определению повышенного содержания меди в воде является природным механизмом защиты от приема внутрь воды с излишним содержанием меди.

Бактерицидность

Бактерицидные свойства меди и ее сплавов были известны человеку давно. В 2008 году после длительных исследований Федеральное Агентство по Охране Окружающей Среды США (US EPA) официально присвоило меди и нескольким сплавам меди статус веществ с бактерицидной поверхностью (агентство подчеркивает, что использование меди в качестве бактерицидного вещества может дополнять, но не должно заменять стандартную практику инфекционного контроля). Особенно выражено бактерицидное действие поверхностей из меди (и ее сплавов) проявляется в отношении метициллин-устойчивого штамма стафилококка золотистого, известного как «супермикроб» MRSA. Летом 2009 была установлена роль меди и сплавов меди в инактивировании вируса гриппа A/H1N1 (т. н. «свиной грипп»)

Характеристики электротехнических материалов

Главной характеристикой в электротехнике считается удельная электропроводность, измеряемая в См/м. Она служит коэффициентом пропорциональности между вектором напряжённости поля и плотностью тока. Обозначается часто греческой буквой гамма γ. Удельное сопротивление признано величиной, обратной электропроводности. В результате формула, упомянутая выше, обретает вид: плотность тока прямо пропорциональна напряжённости поля и обратно пропорциональна удельному сопротивлению среды. Единицей измерения становится Ом м.

Рассматриваемое понятие сохраняет актуальность не только для твёрдых сред. К примеру, ток проводят жидкости-электролиты и ионизированные газы. Следовательно, в каждом случае допустимо ввести понятие удельного сопротивления, ведь через среду проходит электрический заряд. Найти в справочниках значения, к примеру, для сварочной дуги сложно по простой причине – подобными задачами не занимаются в достаточной степени. Это не востребовано

С момента обнаружением Дэви накала платиновой пластины электрическим током до внедрения в обиход лампочек накала прошло столетие – по схожей причине не сразу осознали важность, значимость открытия

В зависимости от значения величины удельного сопротивления материалы делятся:

1. У проводников – менее 1/10000 Ом м.
2. У диэлектриков – свыше 100 млн. Ом м.
3. Полупроводники по значениям удельного сопротивления находятся между диэлектриками и проводниками.

Эти значения характеризуют исключительно способность тела сопротивляться прохождению электрического тока и не влияют на прочие аспекты (упругость, термостойкость). К примеру, магнитные материалы бывают проводниками, диэлектриками и полупроводниками.

Физические свойства

Таким образом, мы выяснили, какая электропроводность у меди. Показатель этот может меняться в зависимости от входящих в состав этого металла примесей. Однако востребованность меди в промышленности определяется и другими ее полезными физическими свойствами, получить информацию о которых можно из представленной ниже таблицы. Физические характеристики Cu

Параметр	Значение
Решетка	Гранецентрированная кубическая, а=3.6074 Å
Атомный радиус	1,28 Å
Удельная теплоемкость	385,48 дж/(кг·К) при +20 оС
Теплопроводность	394,279 вт/(м·К) при +20 оС
Электрическое сопротивление	1,68·10-8 Ом·м
Коэффициент линейного расширения	17,0·10-6
Твердость	350 Мн/м2
Предел прочности при растяжении	220 Мн/м2

Технические характеристики стали

Прежде чем подробно рассматривать удельное сопротивление стали, следует ознакомиться с ее основными физико-механическими свойствами. Благодаря своим качествам, этот материал получил широкое распространение в производственной сфере и других областях жизни и деятельности людей.

Сталь представляет собой сплав железа и углерода, содержащегося в количестве, не превышающем 1,7%. Кроме углерода, сталь содержит определенное количество примесей – кремния, марганца, серы и фосфора. По своим качествам она значительно лучше чугуна, легко поддается закаливанию, ковке, прокату и другим видам обработки. Все виды сталей отличаются высокой прочностью и пластичностью.

По своему назначению сталь подразделяется на конструкционную, инструментальную, а также с особыми физическими свойствами. В каждой из них содержится различное количество углерода, благодаря которому материал приобретает те или иные специфические качества, например, жаропрочность, жаростойкость, устойчивость к действию ржавчины и коррозии.

Особое место занимают электротехнические стали, выпускаемые в листовом формате и применяющиеся в производстве электротехнических изделий. Для получения этого материала производится легирование кремнием, способным улучшить его магнитные и электрические свойства.

Для того чтобы электротехническая сталь приобрела необходимые характеристики, необходимо соблюдение определенных требований и условий. Материал должен легко намагничиваться и перемагничиваться, то есть, обладать высокой магнитной проницаемостью. Такие стали имеют хорошую магнитную индукцию, а их перемагничивание осуществляется с минимальными потерями.

От соблюдения этих требований зависят габариты и масса магнитных сердечников и обмоток, а также коэффициент полезного действия трансформаторов и величина их рабочей температуры. На выполнение условий оказывают влияние многие факторы, в том числе и удельное сопротивление стали.

Свойства манганина

Основные свойства манганин приобретает во время термообработки. Изначально сплав не подвержен внутренней деформации. По этой причине его кристаллическая решетка с течением времени практически не изменяется.

На механические, химические и физические параметры металла влияет его химический состав. Для этого материала характерно высокое процентное содержание меди (84%). Также в нем присутствует большое количество различных смесей из марганца (12%) и никеля (4%). При таком соотношении веществ металл становится наиболее термостойким. Температура плавления сплава составляет 960 °C. В данном случае сопротивление изменяется на 0,05% в год. Многие производители при изготовлении сплава, вместо никеля, добавляют в него кобальт. Это позволяет уменьшить стоимость материала без изменения его основных характеристик. Если вместо меди использовать серебро, то металл приобретет белый окрас. При этом его химические свойства сохранятся.

В отличие от остальных термостойких сплавов, манганин обладает низкой термической ЭДС (0,9 мВ — 1 мВ/°C). Но он уступает по показателям удельного сопротивления и предельной рабочей температуры. Сравнительная характеристика термостойких сплавов представлена в следующей таблице: Сравнительная таблица сплавов

Наименование материала	Удельное сопротивление, Ом/м	Термическая ЭДС, мВ/°C	Максимальная рабочая температура, °C	Температура плавления, °C
Манганин	450	2	100 – 200	960
Константан	480	50	450 – 500	1260
Нихром	1000	110	1000	1100

Манганин отличается от константана и нихрома следующими свойствами:

• низкая устойчивость к коррозии в атмосфере с повышенным содержанием кислот из аммиака;
• высокая чувствительность к влажности воздуха;
• устойчивость к физическим деформациям с течением времени.

Технология производства данного прецизионного материала была разработана в 1889 г. на территории Германии. В России он производится в соответствии с ГОСТ 492-2006.

ГОСТ 492-2006 Никель, сплавы никелевые и медно-никелевые, обрабатываемые давлением

1 файл 467.66 KB Металл производится в виде пластин, листов, полос и проволочных механизмов небольшого размера. Для получения этого материала используют хлористые слои железа и марганца. Полученный раствор промывается, высушивается и нагревается. После этого вещество сплавляется с медью в магнезиальных тиглях или электрических печах

При производстве важно, чтобы в него не попали частицы углерода, снижающие величину сопротивления манганина

Применение нихромовой проволоки

Главное качество нихрома – это высокое сопротивление электрическому току. Оно определяет области применения сплава. Нихромовая спираль применяется в двух качествах — как нагревательный элемент или как материал для электросопротивлений электрических схем.

Для нагревателей используется электрическая спираль из сплавов Х20Н80-Н и Х15Н60-Н. Примеры применений:

Сплавы Х15Н60-Н-ВИ и Х20Н80-Н-ВИ, получаемые в вакуумных индукционных печах, используют в промышленном оборудовании повышенной надежности.

Спираль из нихрома марок Х15Н60, Х20Н80, Х20Н80-ВИ отличается тем, что его электросопротивление мало меняется при изменении температуры. Из нее изготавливают резисторы, соединители электронных схем, ответственные детали вакуумных приборов.

Сопротивление провода

Величина сопротивления провода зависит от трех параметров: удельного сопротивления металла, длины и диаметра самого провода. Формула для расчета сопротивления провода:

где: R — сопротивление провода (Ом) ρ — удельное сопротивление металла (Ом.m) L — длина провода (м) А — площадь поперечного сечения провода (м2)

В качестве примера рассмотрим проволочный резистор из нихрома с удельным сопротивлением 1.10×10-6 Ом.м. Проволока имеет длину 1500 мм и диаметр 0,5 мм. На основе этих трех параметров рассчитаем сопротивление провода из нихрома:

R=1,1*10 -6 *(1,5/0,000000196) = 8,4 Ом

Нихром и константан часто используют в качестве материала для сопротивлений. Ниже в таблице вы можете посмотреть удельное сопротивление некоторых наиболее часто используемых металлов.

Порядок проведения работ

Для начала следует подготовить муфельную печь. В ней и будет осуществляться вся основная работа. Перед тем как начать непосредственно саму плавку, следует проверить работу имеющихся горелок, которые будут использованы в процессе. Кроме того, под рукой следует иметь специальный сосуд, сделанный из огнеупорного материала. Таким материалом является тигель, так что можно будет применить именно его.

Приобретённый ранее асбестовый лист, следует уложить на поверхность основания. Очень важным фактором является поддержание хорошей вентиляции в помещении, в котором будет проводиться вся работа.

Перед началом плавки, латунь следует измельчить, то есть создать измельчённую массу. Следует помнить, что чем меньше будут получившиеся куски металла, тем легче она будет впоследствии плавиться.

Затем тигель с измельчённой латунной массой помещается в муфельную печь, после чего пользователь выставляет необходимое температурное значение, используя специальный регулятор температур. После включения печи, можно будет наблюдать за всем процессом плавления через специальное маленькое окошко, которое имеется у таких печей.

После того как металл полностью расплавится, пользователю требуется лишь аккуратно открыть дверцы муфельной печи и достать оттуда тигель с расплавленной латуни.

Конечно, делать это нужно, используя специальные щипцы, для того, чтобы обезопасить себя от возможных ожогов. У расплавленной латуни, кстати, есть интересное свойство, которое заключается в том, что на поверхности образуется тонкая плёночка, которую впоследствии надо будет убрать. Такую процедуру можно будет проделать, если использовать обычную стальную проволоку.

После снятия образовавшейся плёнки с поверхности расплавленной латуни, следует просто залить металл в требуемую форму, которую пользователь должен предварительно подготовить на своём рабочем месте.

Электрическая проводимость

До сих пор мы рассматривали сопротивление проводника как препятствие, которое оказывает проводник электрическому току. Но все же ток по проводнику проходит. Следовательно, кроме сопротивления (препятствия), проводник обладает также способностью проводить электрический ток, то есть проводимостью.

Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику. Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные.

Из математики известно, что число, обратное 5, есть 1/5 и, наоборот, число, обратное 1/7, есть 7. Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой r, то проводимость определяется как 1/r. Обычно проводимость обозначается буквой g.

Электрическая проводимость измеряется в (1/Ом) или в сименсах.

Пример 8. Сопротивление проводника равно 20 Ом. Определить его проводимость.

Если r = 20 Ом, то

Пример 9. Проводимость проводника равна 0,1 (1/Ом). Определить его сопротивление,

Если g = 0,1 (1/Ом), то r = 1 / 0,1 = 10 (Ом)

Свойства

При растворении никеля в меди повышаются механические свойства исходных материалов:

• твердость;
• прочность;
• пластичность;
• сопротивление на разрыв и изгиб.

Сплав обладает высокой коррозионной устойчивостью в агрессивной среде и морской воде. Составы с высоким содержанием никеля, включающие в себя алюминий и магний обладают повышенной прочностью. Двухкомпонентные составы имеют стабильное значение сопротивления.

Высокие литейные качества позволяют отливать из медно-никелевых твердых растворов детали с мелкими элементами, ювелирные украшения. Никель и марганец повышают свариваемость деталей, позволяя соединять даже разные по составу материалы.