加工工艺对热电偶补偿导线热电势影响

[摘要]研究了WC3/25、SC热电偶补偿导线合金丝在不同变形量、不同温度退火条件下的电阻率、硬度、晶粒度,以及作为负极与纯铜正极组成补偿导线的热电势的变化规律。研究表明:随变形量的增加，合金丝的电阻率升高，上述热电势降低;随退火温度升高，合金丝电阻率下降，热电势升高。而在再结晶温度范围，合金丝的电阻率有升高趋势，热电势有下降过程。此变化规律对于补偿导线及热电偶的各类接插件的生产加工及精度控制有重要的指导意义。
　　热电偶结构简单、性能稳定、精度较高、使用方便、测量范围广，在冶金、石油、化工等方面得到了广泛的应用。热电偶测温是通过由热电偶、二次显示仪表及连结接线组成的测温系统测得热电势而确定测量端的温度。由于测量端的温度较高，且不断波动，为使测量仪表有更准确的显示，通常用廉价的补偿导线将热电偶自由端延伸到温度恒定的场所,然后设法加以补正，以获得较正确的温度测量结果。
　　补偿导线对材料要求在一定温度范围内应有热电偶的热电特性，一定的强度、塑性及耐蚀性，同时须成本较低、价格便宜。目前国内外已研究出可配合各.类热偶使用的各类补偿导线，并规定在一定温度范围内的热电势及允差值，按允差大小将补偿导线分为普通级(B)和精密级(A)两类。设计适宜的成分,
开发廉价、精密、耐腐蚀的新型补偿导线是材料行业的热门课题，而对已知成分合金丝的加工工艺对补偿导线热电势的影响却很少见到报导。
　　Cu-0.6%Ni合金丝(SC型补偿导线的负极)、Cu-1.5%Ni合金丝(WC型补偿导线的负极)加工工艺对热电势的影响规律,以指导热电偶补偿导线及各类接插件的生产和精度的控制与调整。
1实验材料及条件
1.1实验材料
Cu-0.5%Ni合金丝、Cu-1.5%Ni合金丝，直径为1.37tmm。
1.2加工工艺
　　将φl.37mm的合金丝进行冷拔，分别拉拔到直径φl.22mm、φl.06mm、φ0.86mm,相应的塑性变形量为20%、40%、60%.
　　退火温度分别为200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、600℃、650℃。
1.3实验条件
　　电阻率测定采用QJ19型双臂电桥电阻测量仪,硬度测定采用HAUSER249A型半自动光学维氏硬度计，晶粒度测定采用NeophotI型大型卧式金相显微镜，热电势测定采用UJ31电位差计。
2实验结果与讨论
2.1形变量对补偿导线热电势的影响
　　图1为WC3/25.SC型补偿导线热电势与负极形变量关系曲线。变形量分别为20%、40%、60冷拔变形。热电势是以冷拔变形负极与纯铜正极在100C时测得的。由曲线可见:随变形量增加，热电势降低。其原因是形变使合金组织中位错等缺陷密度增大，残余应力增大，使合金电阻升高，致使回路中热电势降低。
 
2.2退火温度对补偿导线热电势的影响
　　对WC3/25补偿导线负极Cu-Ni合金经20%、40%、60%冷变形的丝材进行200℃~650℃不同温度的退火，测量其电阻率、硬度、晶粒尺寸，并与纯铜丝正极组成热偶，测定在100℃时的热电势可得出相应的曲线。
 
　　图2、图3分别为不同变形量的WC3/25、SC合金丝的电阻率与退火温度的关系曲线。由电阻一温度曲线可见，形变合金丝的电阻率随退火温度的升高有下降的趋势。而在250C~300℃之间反而出现电阻的升高,这说明随着退火温度的升高变形金属内部发生内应力的消除，位错的移动、重新排列以及位错密度的减小，而当再结晶开始时，无畸变小晶粒形成，晶界总量增加导致电阻率的升高。随后退火温度升高，新的无畸变晶粒长大，又使晶界总量减少，使电阻率连续下降。
　　图4为经60%冷变形的WC3/25、SC合金丝在不同温度退火后的晶粒尺寸变化曲线。它反映了两种材料再结晶退火时的晶粒长大趋势。
　　图5、图6分别为WC、SC负极铜镍合金丝三种冷变形经不同温度退火后与纯铜丝组成热偶，在100℃时测出的热电势变化曲线。曲线表明，变形合金丝在退火全过程中热电势有升高趋势，在再结晶温度以下热电势缓慢升高;再结晶进行阶段热电势有下降过程;而高于再结晶温度以上热电势随退火温度升高显著增高。
 
　　图7、图8分别是WC3/25、SC合金丝不同变形量的三条硬度-退火温度关系曲线。曲线的走向呈下降趋势，在再结晶发生阶段硬度下降得剧烈。硬度下降50%的退火温度即该合金的再结晶温度。由60%变形合金的退火硬度曲线可见，WC3/25合金丝的再结晶温度为340℃，SC合金丝的再结晶温度为325C。
 
3结论
　　对已知成分的补偿导线负极进行不同程度的冷塑性变形及不同温度的退火处理，可获得不同的组织与性能。与纯铜正级配对后获得不同的热电势，其热电势随负极材料的变形程度与退火温度的不同呈一定规律性的变化，此规律使补偿导线或接插件的生产具有可控性，使其精度具有了可调整性。