|
| |
|
Слаботочка Книги
Институтом прецизионных сплавов ЦНИИЧЕРМЕТ для тензометрии созданы два типа железохромалюминиевых сплавов, легированных ванадием и молибденом - сплав Х13Ю5ФМ (ТУ 14-1-2321-78) и сплав Х21Ю5ФМ [61]. Сплавы являются неоднородными твердыми растворами, обладающими магнитными свойствами, точка Кюри сплавов находится при температуре примерно 500 °С. Состав, электрические, механические свойства и интервалы рабочих температур для этих сплавов, по данным разработчиков, приведены в табл. 25. Проволока железохромалюминиевых сплавов подвергается закалке при 800-850 "С. Нормируемые стабильные электрические свойства сплавов получают с помощью термообработки при более низких температурах. Поскольку электрические свойства сплавов сильно зависят от химического состава, то колебания химического состава от плавки к плавке для сплавов требуют индивидуального подбора режимов стабилизирующих отжигов, обеспечивающих оптимальные электрические свой- Таблица 26
ства. Результаты исследования проволоки диаметром 0,03 мм из сплава Х21Ю5ФМ, поставленной в пяти плавках №284, 285, 480, 481 и 482 (удельное сопротивление р и максимальные в интервале температур 20-f-600C температурные характеристики сопротивления &<тах ДЛЯ проволок ЭТИХ ПЛа- вок), приведены в табл. 26. Кроме того, в ней указаны значения чувствительности К при комнатной температуре тензорезисторов ВТХЮ с чувствительным элементом, изготовленным из этих проволок. При повышении температуры коэффициенты преобразования деформации у проволок снижались примерно на 0,035 %/°С. Температурные характеристики сопротивления тензорезисторов с чувствительным элементом из железохромалюминиевой проволоки в состоянии поставки были нестабильны: при 400- 450 °С наблюдались резкое увеличение производной dltjdt температурной характеристики сопротивления, большой температурный гистерезис при охлаждении и невоспроизводимость характеристик при многократных испытаниях. Разработанный стабилизирующий режим отжига проволоки в среде оксида алюминия с прогревом при 400 °С в течение 6 ч и 550°С в течение 2 ч (режим I) привел к повторяемости температурной характеристики сопротивления и ее рассеянию в партии при многократных нагревах до 600°С и охлаждениях вместе с печью. Наблюдается несовпадение температурных характеристик сопротивления при нагреве и охлаждении только в области температур 300-450 °С. Отжиг обусловил малый температурный дрейф сопротивления тензорезисторов в случае длительных (50 ч) изотермических выдержек (рис. 86). Однако в таком режиме отжига наблюдается заметный температурный дрейф сопротивления (рис. 87) при более низких температурах (350-400°С). Последнее связано с тем, что при этих температурах в железохромалюминиевых сплавах протекают структурные и фазовые изменения. При 300-370 °С в таких сплавах происходит упорядочение структуры, приводящее к увеличению сопротивления проволоки и, как видно на рис. 87, к положительному дрейфу сопротивления тензорезисторов. При 400-470°С происходят фазовые превращения в твердом растворе сплава - распад твердого раствора, приводящий к уменьшению сопротивления проволоки и соответственно к отрицательному дрейфу тензорезисторов. Структурные и фазовые изменения, возникающие при 350- 470°С, приводят к изменению начального сопротивления тензорезистора и значений температурных характеристик сопро-  Рис. 86. Температурный дрейф при 550°С тензорезисторов ВТХЮ из ж зохромалюминиевой проволоки Х21Ю5ФМ, отожженной по режиму I желе- -500 -1000 -1500
Рис. 87. Температурный дрейф тензорезисторов ВТХЮ из железохромалю-миниевой проволоки Х21Ю5ФМ, отожженной по режиму I. Изотермические выдержки при температурах, °С: /-370; г- 350; 3- 550; 4 - 600 ; 5 - 500; 5-400 ; 7-470; 3 - 450 тивления It. Так, на рис. 88 приведены зависимости изменения начального сопротивления {AR/R)b и значений geooc от температуры <в трехчасовых изотермических выдержек. Там же приведены значения температурного дрейфа сопротивления Д( за эти 3 ч при соответствующих температурах. Таким образом. ieooc;/!t;UiilRK,Mnn- -2000
-20001 Ге"нзор?зис?в" ВтаюГ"""" Р"- Зависимость характеристик ки X2iKm п-г ;? проволо- тензорезисторов ВТХЮ из проволо- чсоыГиТтеГмпЗГдее; " Г""™ наибольшие изменения характеристик тензорезисторов наблюдаются при <в=450-ь470°С, причем максимальный дрейф соответствует максимальным изменениям leooc и ( ARIR)b. Структурные и фазовые изменения протекают во времени и могут возникать не только при нагреве, но и в случае замедленного охлаждения после испытаний при 600°С. Исследования тензорезисторов ВТХЮ с чувствительным элементом из железо-хромалюминиевой проволоки Х21Ю5ФМ плавки 284 при различных скоростях охлаждения показывают, что начальное сопротивление и значения geoo-c изменяются в зависимости от скорости охлаждения (рис. 89). Таким образом, если условия нагрева или охлаждения изменяются, то температурная характеристика сопротивления тоже изменится. Однако при повторении этих новых условий температурные характеристики сопротивления будут воспроизводиться. Прогрев при 550-600 °С приводит к снятию структурных и фазовых изменений в сплаве, возникших при изотермических выдержках с более низкими температурами, и к возвращению сплава в первоначальное состояние, т. е. к его отпуску. Для примера на рис. 90 приведены изменения начального сопротивления {AR/R)b после испытаний до 600°С с различными скоростями охлаждения (цифры показывают скорости охлаждения при испытаниях). В случае охлаждения вместе с печью (скорость 150-170 °С/ч)* начальное сопротивление практически не изменяется, несмотря на его заметные изменения в промежу- Испытаиия 1, 2, 3, 5, 6, 8, 10, 12, 13, 15, 18, 19, 24 и 25. (/iRlR)„,M/iH-> wool -1000 -2000 -3000
1й 12 14 16 Номер испытания 20 22 Рис. 90. Изменения начального сопротивления тензорезисторов ВТХЮ в зависимости от скорости охлаждения Vo (°С/ч) точных испытаниях с другими скоростями охлаждения. То есть нагрев до 600°С в соответствующем испытании снимает структурные и фазовые изменения, полученные в предыдущих испытаниях со скоростью охлаждения, отличной от скорости охлаждения с печью. Аналогичную картину имели при испытаниях тензорезисторов ВТХЮ с трехчасовыми изотермическими выдержками (370-500°С), при которых происходят структурные и фазовые изменения в сплаве и соответственно изменяется начальное сопротивление (рис. 91, испытания 6, 9, 12, 15 и 18). Последующие нагревы до 600°С и охлаждения вместе с печью (испытания 7, 10, 13, 16 и 19) приводили сплавы в первоначальное состояние, которое закрепилось в испытаниях 1, 2, 3, 4, 5, 8, 11, 14, 17 и 20, производимых в том же темпе нагрева и охлаждения. Анализируя ход кривых, приведенных на рис. 87, видим, что наибольший дрейф наблюдается при 450-470°С и что он имеет наибольшую скорость изменения в начале прогрева, а по истечении некоторого времени скорость дрейфа, как правило, уменьшается. Такой ход кривых дрейфа, а также замеченная (см. рис. 88) связь значений температурного дрейфа сопротивления со значениями температурной характеристики сопротивления позволили разработать термокомпенсирующие и стабилизирующие отжиги проволоки Х21Ю5ФМ. -ЮОО -2000 -3000
Номер испытания Рнс. 91. Изменения начального сопротнвлення тензорезисторов ВТХЮ в зависимости от температуры трехчасовых изотермических выдержек t (°С) 168 Рнс. 92. Зависимость температурных коэффициентов сопротнвлення тензорезисторов нз железохромалюмннне-вон проволоки от времени выдержки при 450°С (цифры - номера режимов отжига) Для изменения температурного коэффициента сопротивления проволоки была принята методика отжига на воздухе при 600°С в течение 2 ч (для отпуска сплава) и последующих выдержек в течение различного времени Тотж а2о-1оо°с=/(тотж) приведена a2o-moc<Mm-fC
200 300 w,v - при 450°С. Зависимость -,vur«, -- для плавки 284 на рис. 92. Как видно, варьируя время выдержки проволоки при 450°С, можно изменять ее температурный коэффициент сопротивления от -25 до 2 млн-/°С. Была проверена повторяемость заданных режимов, которая показала, что отжиги разных выпусков, проведенные в разное время, приводят к практически одинаковым температурным характеристикам сопротивления тензорезисторов. При разработке тензорезисторов для длительных испытаний конструкций важны не столько малые значения It, сколько их воспроизводимость при длительных испытаниях в условиях высоких температур. На рис. 92 видно, что температурный коэффициент сопротивления резко меняется при малой длительности отжига, а затем скорость изменения а уменьшается. Поэтому для получения стабильных температурных характеристик сопротивления следует использовать проволоку с большим значением Тотж. Так, тензорезисторы с чувствительным элементом из проволоки, отожженной по режимам VII (600°С - 2 ч и 450°С -50 ч) и VIII (600°С -2 ч и 450°С-95 ч), имеют при 20-450°С воспроизводимые температурные характеристики и после длительных (30-40 ч) прогревов при 450°С. Однако температурная характеристика сопротивления будет стабильной, если температура перегрева не будет превышать 450-460 °С. В случае перегревов до 470 °С и выдержки при этой температуре в течение 1 ч даже для проволоки, отожженной по режиму IX (600°С -2 ч и 450°С-150 ч), заметны смещения температурной характеристики сопротивления (645000=600 млн-)- Длительные прогревы при температуре ниже 450 °С с последующим охлаждением практически не приводят к заметному изменению температурной характеристики сопротивления. Для термокомпенсации и стабилизации температурной характеристики сопротивления можно выбрать длительные прогревы и при более низкой температуре. Так, разработан стаби- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 [27] 28 29 30 31 32 33 34 35 36 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||