0Cr13Al6Mo2 aleación de alta resistencia de calefacción eléctrica es un material de elemento de calefacción eléctrica de alta calidad y eficiente

El nombre de esta aleación es su receta, y leerla es la forma más rápida de entender lo que puede y no puede hacer. El cero delante del cromo significa un contenido de carbono muy bajo, lo que es una declaración sobre la soldabilidad y la ductilidad después del servicio. El 13 es el nivel de cromo, que es bajo para una aleación de calentamiento. El 6 es aluminio, que es alto, y el 2 es molibdeno.

Cada uno de esos tres números compra algo y cuesta algo. El cromo forma el óxido que protege el alambre, y es el elemento caro de la receta, por lo que reducirlo baja el costo del metal. El aluminio forma un óxido que protege al menos igual de bien y cuesta mucho menos, por lo que aumentarlo eleva la temperatura de servicio sin aumentar el costo de la aleación. El molibdeno aumenta la resistividad y ayuda a la resistencia a la temperatura. El costo del aluminio se paga en ductilidad, y esa es la propiedad que un comprador nota primero.

Esta página compara el grado con la familia publicada a la que pertenece, muestra lo que los datos de la familia dicen sobre el intercambio de aluminio y cromo, y establece las dos cosas que una especificación debe decir sobre una aleación de alto contenido de aluminio que no tiene que decir sobre una aleación de níquel-cromo.

El intercambio entre cromo y aluminio es el hecho central de la familia de hierro-cromo-aluminio, y es visible en los datos publicados para los grados que rodean a este. La siguiente tabla reproduce la composición y los valores de propiedad de seis grados de la norma nacional para aleaciones de calentamiento de alta resistencia.

Se pueden leer tres regularidades directamente de la tabla, y explican el diseño del grado sobre el que trata esta página.

La primera es que la temperatura máxima del elemento aumenta con el aluminio. El grado con 3.0 a 4.2 % de aluminio está clasificado para 1,100 °C, y los grados con 5.0 a 7.0 % están clasificados de 1,250 a 1,400 °C dependiendo del cromo y de la adición de niobio o molibdeno. El aluminio es el elemento que compra temperatura en esta familia, y la compra más barata que el cromo.

La segunda es que la resistividad aumenta con el aluminio y con el molibdeno. El grado de bajo aluminio se sitúa en 1.23 μΩ·m, los grados de 5 a 7 % se sitúan en 1.42 a 1.43, y el grado con 2 % de molibdeno se sitúa en 1.53. Una mayor resistividad significa un alambre más corto para la misma potencia a la misma tensión, lo que supone un ahorro real en un elemento calefactor.

La tercera es que la densidad disminuye a medida que aumenta el aluminio, de 7.40 g/cm3 en el grado de bajo aluminio a 7.10 en los grados de alto aluminio. El aluminio es el elemento ligero aquí, por lo que un alambre del mismo diámetro pesa menos, y el diseñador del elemento obtiene un poco menos de masa para la misma longitud.

Esas tres regularidades también muestran por qué un grado con solo un 13 % de cromo puede ser interesante. El cromo es la parte cara de la receta, y si el aluminio puede soportar la mayor parte de la resistencia a la oxidación, entonces un menor nivel de cromo reduce el costo del metal manteniendo una capacidad de temperatura útil. Esa es la lógica de diseño de 0Cr13Al6Mo2, y es la razón por la que el grado existe en una familia donde la mayoría de los miembros se sitúan por encima del 20 % de cromo.

Una aleación con un 6 % de aluminio es una aleación ferrítica de hierro con un gran volumen de aluminio en solución, y esa estructura no es dúctil a temperatura ambiente. Los datos publicados de la familia muestran la tendencia antes de que el aluminio alcance el 6 %: el alargamiento a la rotura cae de más del 16 % en el grado de 4 % de aluminio a más del 10 % en el grado de 7 % de aluminio con molibdeno, y la reducción de área cae de la banda del 65 al 75 % hacia el extremo inferior de la misma banda.

La consecuencia práctica es una regla de fabricación que una aleación de níquel-cromo no necesita. Un alambre de hierro-cromo-aluminio de alto contenido de aluminio se enrolla normalmente a temperatura o con un radio de curvatura mínimo, y una curvatura en frío que una aleación de cromo al 20 % aceptaría puede agrietar una aleación de aluminio al 6 %. Un plano que especifica un enrollado apretado y una operación de conformado en frío ha especificado una ruta de fabricación que la aleación puede no sobrevivir, y el fallo aparece como una grieta en el interior de la bobina y no como una vida útil corta.

Hay una segunda fragilidad que pertenece al mismo párrafo. Las aleaciones de hierro-cromo-aluminio pasan por un rango frágil alrededor de los 475 °C, donde una estructura ferrítica se separa en dos fases con diferentes contenidos de cromo y la aleación pierde tenacidad. Un elemento calefactor que se enfría lentamente a través de ese rango, o que se mantiene en él, puede volverse frágil sin ningún cambio en su composición. La descripción publicada del grado de mayor temperatura de la misma familia nombra los 475 °C como el rango de temperatura frágil, y la misma advertencia se aplica a cualquier grado ferrítico de la familia.

La distinción entre la temperatura del elemento y la temperatura del horno en la tercera fila es la que causa la mayoría de las discusiones sobre un calentador fallido. La temperatura nominal en la norma es la temperatura del elemento, y el elemento funciona más caliente que el horno porque tiene que transferir su calor a alguna parte. Un horno a 1,100 °C puede contener un elemento que está muy por encima de su clasificación si el elemento está mal soportado o si se ha perdido la carga.

Ambas películas protegen y se comportan de manera diferente a la temperatura. Una película de óxido de cromo se forma rápidamente y es delgada, y protege la aleación por debajo de la temperatura a la que el óxido de cromo comienza a evaporarse. Una película de óxido de aluminio es más estable a temperaturas más altas, por lo que los grados de alto contenido de aluminio de la familia alcanzan 1,250 a 1,400 °C, mientras que el grado de cromo al 13 % con aluminio al 4 % está clasificado a 950 °C.

La película de óxido de aluminio también crece más lentamente una vez establecida, que es la razón de la mayor clasificación de temperatura. Es menos indulgente durante las primeras horas de servicio, porque la película tiene que formarse antes de proteger, y un elemento calefactor generalmente recibe una preoxidación controlada antes de ser puesto en servicio. Un proveedor que envía un alambre sin una condición de superficie declarada ha dejado ese paso al cliente.

Esa es la segunda cosa que una especificación debe decir sobre una aleación de alto contenido de aluminio y que una aleación de níquel-cromo no necesita. La condición de la superficie en la entrega decide cómo se forma la película en el primer calentamiento, y un alambre con marcas de trefilado o lubricante residual la forma de manera desigual. Una superficie brillante recocida y una superficie decapada no son intercambiables para este propósito, y el plano debe nombrar una.

La comparación explica por qué existen ambas familias. Donde la atmósfera es oxidante, la temperatura es alta y el elemento puede ser soportado, la aleación de hierro-cromo-aluminio es más barata y funciona a mayor temperatura. Donde el elemento no está soportado, donde la atmósfera alterna entre reductora y oxidante, o donde el alambre tiene que ser enrollado en frío, la aleación de níquel-cromo es la que sobrevive a la fabricación y al servicio.

La norma nacional para aleaciones de calentamiento de alta resistencia cubre alambre trefilado, fleje laminado, barra y varilla enrollada, y el grado se pide por forma y por composición. Las formas que importan para un elemento calefactor son alambre para un elemento enrollado, fleje para una lámina grabada o un elemento plano, y barra para una sección pesada.

DLX suministra aleaciones de calentamiento de hierro-cromo-aluminio en Changzhou, Jiangsu, en alambre desde 0.025 mm, barra redonda hasta 50 mm, y fleje desde 0.50 mm hasta 2.5 mm de espesor, junto con los grados de níquel-cromo utilizados cuando una aleación de alto contenido de aluminio es la elección incorrecta. El material se suministra según la norma indicada en el pedido, con un certificado EN 10204 3.1 bajo pedido y el número de lote rastreable a los resultados de las pruebas.

Las dos preguntas que deciden una cotización son la temperatura del elemento y la ruta de fabricación. Un grado que es correcto para la temperatura aún puede fallar en la operación de enrollado, y un proveedor que conoce el radio de curvatura y el diámetro de la bobina puede decirlo antes de que se corte el alambre.

El cero es un contenido de carbono muy bajo. El 13 es aproximadamente un 13 % de cromo, el 6 es aproximadamente un 6 % de aluminio y el 2 es aproximadamente un 2 % de molibdeno. El nivel de carbono se mantiene bajo para que se consuma menos cromo como carburo, el cromo forma el óxido base, el aluminio aumenta la temperatura que el óxido puede soportar y el molibdeno aumenta la resistividad y la resistencia a la temperatura.

Porque el cromo es el elemento caro y el aluminio puede soportar gran parte de la resistencia a la oxidación. Los datos publicados de la familia muestran grados con 21 a 27 % de cromo que alcanzan 1,250 a 1,400 °C, y un grado con 12 a 15 % de cromo con 4 a 6 % de aluminio que alcanza 950 °C. Un grado con 13 % de cromo y 6 % de aluminio es un intento de comprar más temperatura con aluminio manteniendo bajo el costo del cromo.

Una aleación ferrítica de alto contenido de aluminio tiene una ductilidad limitada a temperatura ambiente, por lo que un enrollado en frío apretado es un riesgo. Los datos publicados para la familia muestran que el alargamiento a la rotura cae de más del 16 % en el grado de 4 % de aluminio a más del 10 % en el grado de 7 % de aluminio con molibdeno. El enrollado a temperatura, un radio de curvatura mínimo o un recocido antes del conformado son las respuestas habituales, y el plano debe nombrar una.

Es una pérdida de tenacidad en las aleaciones ferríticas de hierro-cromo-aluminio alrededor de los 475 °C, causada por la separación de la ferrita en dos fases con diferentes contenidos de cromo. Un elemento calefactor que se enfría lentamente a través de ese rango, o que se mantiene en él, puede volverse frágil sin ningún cambio en la composición. La descripción publicada del grado de mayor temperatura de la misma familia nombra los 475 °C como el rango de temperatura frágil.

Porque el elemento tiene que funcionar más caliente que el horno para transferirle calor. La temperatura máxima del elemento en la norma es la temperatura del alambre, y un horno a una temperatura dada puede contener un elemento que está por encima de su clasificación si el elemento está mal soportado o si se ha perdido la carga. Una especificación que cita la temperatura del horno ha citado el número incorrecto.

La aleación de hierro-cromo-aluminio tiene una mayor resistividad, una mayor temperatura del elemento, un menor costo de aleación y una ductilidad mucho menor a temperatura ambiente. La aleación de níquel-cromo tiene una menor resistividad, una menor temperatura del elemento, un mayor costo de aleación y suficiente ductilidad para ser enrollada en frío. Donde el elemento está soportado y la atmósfera es oxidante, la aleación de hierro-cromo-aluminio suele ser la respuesta más barata.

El nombre 0Cr13Al6Mo2 es una declaración de diseño: bajo carbono para soldabilidad, bajo cromo para costo, alto aluminio para temperatura y molibdeno para resistividad y resistencia. Los datos de la familia confirman la lógica, con la temperatura máxima del elemento aumentando de 950 °C con 4 % de aluminio a 1,400 °C con 7 % de aluminio y molibdeno, y la resistividad aumentando de 1.23 a 1.53 μΩ·m en el mismo conjunto de grados.

El costo del diseño es la ductilidad, y aparece dos veces. Un alambre de alto contenido de aluminio resiste el enrollado en frío, y una aleación ferrítica se vuelve frágil alrededor de los 475 °C si se enfría lentamente a través de ese rango. Una especificación que nombra la temperatura del elemento, la ruta de enrollado y la condición de la superficie ha cubierto los tres elementos que deciden si el alambre sobrevive tanto a la fabricación como al servicio.

GB/T 1234, aleaciones de alta resistencia para calentamiento eléctrico, como norma nacional para los grados, formas y valores de propiedad citados para la familia de hierro-cromo-aluminio.

Tabla de propiedades publicadas para aleaciones de calentamiento de alta resistencia de hierro-cromo-aluminio según GB/T 1234, que proporciona rangos de composición, temperatura máxima del elemento, resistividad a 20 °C, densidad, conductividad térmica, coeficiente de expansión, punto de fusión, resistencia a la tracción, alargamiento, reducción de área y dureza para 1Cr13Al4, 0Cr21Al4, 0Cr21Al5, 0Cr21Al6, 0Cr21Al6Nb y 0Cr27Al7Mo2.

Descripción publicada de 0Cr27Al7Mo2 según GB/T 1234-2012, señalando que la conformabilidad en frío y la soldabilidad son deficientes en la condición de suministro y que 475 °C es el rango de temperatura frágil para la estructura ferrítica.

Datos técnicos publicados para aleaciones de calentamiento de hierro-cromo-aluminio, que describen la escala de óxido de aluminio, su estabilidad a alta temperatura y el tratamiento de preoxidación utilizado antes del servicio.

Comparación publicada de aleaciones de resistencia de hierro-cromo-aluminio y níquel-cromo, que cubre la resistividad, la temperatura máxima, la ductilidad y el comportamiento en atmósferas reductoras.

Formas de producto GB/T 1234, que cubren alambre trefilado, fleje laminado, barra y varilla enrollada como formas de entrega para los grados nombrados.

ASTM B603, especificación estándar para alambre de aleación de hierro-cromo-aluminio para resistencia eléctrica y calentamiento, como documento comparable fuera del sistema de normas chinas.

EN 10204, documentos de inspección, para la definición del certificado 3.1 como documento que contiene resultados de pruebas reales y refrendado por el representante independiente de inspección del fabricante.

Los rangos de composición y los valores de propiedad citados aquí son los valores publicados para los miembros de la familia nombrados, y no son un certificado para un lote entregado. Las propiedades de 0Cr13Al6Mo2 en sí deben tomarse de la edición actual de la norma aplicable y de la hoja de datos del proveedor para la forma y el tamaño específicos, ya que los valores de un grado se ven afectados por la ruta de trefilado y recocido. La temperatura máxima del elemento es una propiedad del alambre en una atmósfera declarada y no una propiedad del horno, y asume un elemento soportado con una transferencia de calor definida. La fragilidad a 475 °C y la limitación de enrollado en frío se aplican a la familia ferrítica en general y su gravedad depende del contenido de aluminio y de la historia térmica. Las especificaciones del producto se revisan, y la edición nombrada en la orden de compra rige. Nada en esta página sustituye a una liberación de ingeniería o a las pruebas de calificación acordadas entre el comprador y el proveedor.