Константан сплав - свойства и применение

1888 год. Америка.Перед инженером Эдвардом Вестоном стоял вопрос об увеличении точности измерения температуры. Принцип работы термопар основывался на термоэлектрическом эффекте. Два соединённых проводника имеют между собой контактную разность потенциалов. Если температура на концах проводников одинакова, то разность потенциалов равно нулю. Если нет, то разность потенциалов зависит от разности температур на концах. Трудность заключалась в том, что при нагревании проводник менял свою электропроводимость, тем самым увеличивая погрешность измерения. Константан – сплав, который решил эту проблему.

Долгие эксперименты Вестона с медными сплавами не прошли даром. Новый материал отличался стабильностью сопротивления при нагреве проводника. Изобретатель дал ему довольно лаконичное название «сплав №2». Уже потом немецкие производители проволоки переименовали его в константан, что в переводе с латинского означает «постоянный».

Так что включает в свой состав констант? Почему цены на него продолжают расти? 

Характеристика, свойства и особенности

Константан относится к электротехнической группе медноникелевых сплавов. Процент содержания никеля колеблется от 39 до 41% в зависимости от марки. Для увеличения механических свойств дополнительно легируется 1-2%-ом марганца. Помимо основных элементов включает небольшое количество примесей: меньше 1%. Сюда входит сера, фосфор, алюминий, магний и свинец. Причина их содержания – несовершенство технологии выплавки и неточность химического состава лигатур. Всего насчитывается более 30 марок константа, но самой распространённой в производстве является МНМц 40-1,5.

Сплавы константана имеют характерный для них желтоватый оттенок.

Плотность варьируется в пределах 8800-8900 кг\м2. Температура плавления 1350 ºС. Не магнитен.

Константан отличается низким значением удельного электрического сопротивления 0,5 Ом*мм2\м. Для сравнения аналогичный показатель меди составляет 0,2 Ом*мм2\м. Константан обладает минимальным температурным коэффициентом электросопротивления 0,06*10-6 1\С, т.е. при повышении температуры проводимость проводника изменяется незначительно.

Среди достоинств константана отмечают его способность аккумулировать термоэлектродвижущую силу. Особенно при работе в паре с такими металлами как медь и железо.

Коэффициент линейного расширения сплава составляет 14,4*10-6 1\С, т. е. при нагреве константана на 100 ºС его длина изменится на 14,4 мкм. Теплопроводность – 0,05 кал\см*с*С. Теплоемкость - 0,0977 кал\г*С.

Касаемо механических свойств, константан выделяется своей высокой пластичностью. Модуль упругости равен 16 600 кгс\мм2. Относительное удлинение доходит до 30%, а относительное сужение до 71%.

Предел прочности на разрыв «сырого» сплава имеет довольно низкое значение 400 МПа. Термическая обработка, которая включает в себя низкотемпературный отжиг, позволяет повысить данный показатель в 2 раза 700-800 МПа. А это уже сравнимо с прочностью стали 45.

Дополнительного упрочнения сплава достигают проведением наклепа: прокаткой стальными роликами поверхность константана. В результате возникающие пластические деформации увеличивают предел прочности до 850 МПа, а твердость до 75-90 единиц шкалы Бринелля. Стоит отметить, что термическое и механическое упрочнения уменьшают пластичность сплава. Относительное удлинение падает до 4%, относительное сужение до 21%.

Константан хорошо проявляет себя при работе в условиях переменных нагрузок. Так, предел выносливости горячекатаных прутков составляет 243 МПа. Для сравнения аналогичный параметр стали 45 является немногим больше – 245 МПа.

Содержание константаном таких элементов как медь и никель делают его устойчивым к образованию коррозии. Сплав не вступает в реакцию с кислородом при температурах до 800 ºС. Не реагирует на большинство соляных растворов и органических кислот.

Константан отличается высокими технологическими свойствами. Поддается всем способам обработки давлением: штамповка, чеканка, ковка и прочее. Обрабатывается резанием, правда перед этим требуется проведение термического отжига. Легко паяется.

Область применения

Константан поставляется в производство в виде 2-х основных сортаментов:

• Константановая проволока диаметром от 0,2 до 2,5 мм. Нормируется ГОСТом 1791-67.
• Константановая лента толщиной от 0,1 до 2 мм. Ширина ленты исходит из стандартных размеров, указанных в ГОСТ 5189-75: от 10 до 300 мм с шагом 10 мм.

Вышеперечисленные свойства позволили константановой проволоке получить массовое применение в электротехнике. В первую очередь при изготовлении особо точных приборов для измерения температуры. Именно из нее делают проводники, передающие термоэлектродвижущую силу от контактора к приемнику. Помимо это константан служит материалом для изготовления компенсационных проводов термопар.

Также константный сплав применяется в электронагревателях. Стоит заметить, что температура нагрева данных устройств составляет 500 ºС. Ими оборудуются промышленные печи для выплавки металлов с относительно низкой температурой плавления.

Константан является сырьем для производства резисторов и реостатов. Электроники по этой причине называет его резистивным сплавом. Также он употребляется при изготовлении тензометрических датчиков – устройств, трансформирующих величину деформации в электрический сигнал.

Ценообразование

Стоимость константана складывается из цены никеля и меди на мировых биржах цветных металлов. За основу большинство российских промышленников принимают значение котировок Лондонской биржы. Сразу отметим, что цена никеля является основополагающей при расчете стоимости сплава.

На октябрь 2017 года средняя стоимость лома константана равна 5 000 рублей за килограмм.

При сдаче лома цена может варьироваться. На ее значение влияют следующие факторы:

• Наличие следов коррозии на поверхности сплава.
• Объем поставок. Пунктам приёма металлолома выгоднее иметь дело с крупными партиями от 100 кг в силу сокращения времени на реализации лома. Наценка составляет в среднем 10-15% процентов от основной стоимости.
• Цена на проволоку зависит также от ее диаметра. Как правило, чем проволока тоньше, тем она дороже.