真空热处理电炉的重要部件--电加热器

1、第二、电热元件在真空状态下的工作条件比在其他状态下要好，特别是比在炉内为氧化性气氛的要好。因，在氧化性气氛中工作的电热元件要求具有抗氧化性; 而在真空状态下工作的电热元件就没有这种要求; 第三、电热元件在真空炉内比在其他炉子内容易挥发。因为，随着电热元件温度的升高，其蒸气压也增加，在一定的温度和真空度下电热元件的挥发速度很大，因此，真空也给电热先件带来了不利的影响。 炉子的最高温度，炉温均匀性，升温速度，都与电热元件的材料选择，几何尺寸计算和结构等有关，下面分别加以介绍.(一 电热材料具有的一般性能:(1电阻系数:在电热元件端电压一定的条件下，为了获得必需的功率，电热材料应具有较高的电阻系数。

2、电阻系数较大的材料作电热元件，可使用截面大、长度短的材料，这样，节省材料，而且便于安装。(2电阻温度系数:电热材料的电阻值，会随着温度的升高而发生变化，其变化规律可用下式表示: R1=R0(1+at(欧式中 R0R1电热材料在0、t时的电阻(欧 ，t电热材料的温度(;a电阻温度系数(1/。当电阻温度系数为正值时，R1将随温度的升高而增大。电阻溢度系数大，电热元件在不同温度下的功率差别也大，电阻温度系数较小，可保持比较稳定的功率。使用电阻温度系数较大的材料作电热元件，为了调整、稳定炉子的功率，则需配备调压器。(3高温机械强度：即在高温下能保持长时间正常工作，不变形、不损坏的机械性能。当高温机械强

3、度不足时，则电热元件容易变形、倒塌，引起短路等。(4热膨胀系数:电热材料受热后要伸长。当膨胀系数较大时，电热材料受热后长度伸长较大，因此，在电热元件结构设计、安装时必须留有充分的膨胀量。(5加工性:电热元件的成形加工、绕制、炸接和返修性要好。(二 选择电热材料的基本要点:选择电热材料除应满足上述性能要求外，还应考虑下列基本要点:(1根据炉子的最高温度来确定。一般电热元件的工作温度以比炉子最高温度高100200为宜，其材料为:炉子最高温度<1000度, 选用镍铬合金电热材料;炉子最高温度<1200度, 选用铁铬铝合金;炉子最高温度>1200度, 选用相、钨或石墨。(2根据炉子的

4、结构特点来选择。如单室油淬真空炉选用能抵抗油蒸气污染的石墨布为宜。(3根据热处理工件的特殊要求来确定。如处理镍基合金等精密合金，宜选用铝等纯金属。(4选用辐射面积大，辐射效率高，性能比较稳定的材料如石墨布。(5选用资料丰富又经济适用的材料。(三 常用电热材料。真空热处理电炉常用的电热材料主要有如下几种:(1合金电热材料:主要是指铁铬铝合金与镍铬合金两种。它们的共同特点是:电阻系数较大，电阻温度系数较小，耐热性好，因此，在加热过程中工作稳定。但在真空下，由于铬元素的蒸气压高，容易挥发，所以使用范围受到一定的限制。一般只能用在中、低温和中、低真空热处理炉或外热式真空热处理炉上。下表列出了常用合金电

5、热材料的主要成分和性能。 镍格合金加工性能好，制造容易，经高温加热不易脆化，便于返修和焊接，具有较好的抗氮气能力，但抗渗碳能力差。铁格铝合金是我国应用广泛的电热材料，它具有较强的扰渗碳、耐硫、耐各种碳氮气体的能力。但其加工性能差，制作较难，经高温加热后晶拉变粗，材质变脆，不便于返修和焊接。(2纯金属电热材料:主要有铂、相、钨、钽等，它们的共同特点是熔点高，抗氧化性能差，只能在真空或保护气氛下使用。由于它们的电阻系数小，电阻温度系数大，因此，随着温度的变化，炉子功率有很大的变化。为了稳定功率，必须采用调压器调节。下表是常用纯金属电热材料的性能。 (3非金属电热材料:主要碳化硅、二硅化相和石墨，其

6、性能见下表。由于碳化硅在真空下粘结剂易分解，二硅化铝在真空下超过1300时会软化，所以，真空热处理电炉较少采用这两种电热材料。石墨具有热膨胀系数小，加工性能好，耐高沮、耐急冷急热性好以及价格低廉等优点，但在高温下石墨与氧亲和力很强，所以，应在还原性保护气氛和真空下使用。目前，石墨已广泛地应用在真空热处理电炉上。 石墨布是一种新型电热材料，这种材料塑性好，便于加工，辐射面积大，抗热冲击性能好。下表是石墨布性能规格。 (四 电热元件的表面负荷:表面负荷是电热元件单位面积上所发出的电功率。在相同的工作条件下，表面负荷越大，元件单位面积上发出的功率越大，则使用的电热材料越少，有利于快速加热。但是，如果

7、表面负荷取得过高，电热元件的使用寿命将显著降低，表面负荷过低，将增加电热材料的消耗重。因此，准确地选择表面负荷，对于节省电热材料，延长电热元件的使用寿命，提高加热效率有若重要的意义。(1表面负荷w 的选择要点:当电热元件工作沮度较高时，而炉内又有控制气氛或腐蚀气体时，冲应取低值，当电热元件有遮蔽物保护(非直接辐射加热 时，w 值应减少40500%;在炉内有强制通风时，w 值可增加30-40%;带状电热元件的PV 值应比线状电热元件的w 值高30-50%;在更换电热元件困难的情况下，w 取低值，为了加速传热效果，w 取高值。(2电热元件的表面负荷值:合金电热元件的允许表面负荷可按下表选取，纯金属

8、电热元件如相、钨、钮，当工作温度<1800时，W=1020每平方厘米瓦，石墨电热元件的表面负荷值可以很大，约为4060每平方厘米瓦。 (五 电加热器结构:由于电热材料品种较多，因此，电加热器的结构也是多种多样的。下而介绍几种常见的加热器结构。(1金属加热器:下图是常见的金属加热器典型结构，即“之”字形加热器。它由金属电热元件，绝缘子和支承件等组成。这种结构的电热元件可以采用合金丝或带，也可以采用多股钥丝，整个加热器可以绕制成鸟笼形伏，也可以制成平面形状。“之”字形加热器结构简单，弯制容易，拆装方便，加热过程中变形较小。但是绝缘子的耐急冷急热性要好，否则，绝缘子碎断会造成电气短路。(2石墨加热器:石墨电热元件基本上可分为棒状、管状、板状和带状四种类型，下图所示。它们的共同特点是:石墨的电阻系数相当大，因此，可以采用较大的