مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر حرارت از ویژگی های مهم فولادها هستند

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر حرارت از ویژگی های بسیار مهم هستند. برخی از محصولات مهندسی مکانیک در شرایط بسیار دشوار در دماهای بالا کار می کنند. فولادهای سازه‌ای معمولی هنگامی که گرم می‌شوند، به طور ناگهانی خواص مکانیکی و فیزیکی خود را تغییر می‌دهند، به طور فعال شروع به اکسید شدن و تشکیل رسوب می‌کنند که کاملاً غیرقابل قبول است و خطر خرابی کل مجموعه و احتمالاً یک حادثه جدی را ایجاد می‌کند. برای کار در دماهای بالا، مهندسان مواد با کمک متالوژیست ها تعدادی فولاد و آلیاژ خاص ایجاد کردند. این مقاله به توضیح مختصری از آنها می‌پردازد.

فولادهای مقاوم در برابر حرارت

بسیاری از مردم مفهوم مقاومت در برابر حرارت را با مفهومی به عنوان مقاومت در برابر حرارت یکی می دانند. تحت هیچ شرایطی این کار نباید انجام شود. به مقاومت حرارتی شکنندگی قرمز نیز می گویند. و این مفهوم به معنای توانایی یک فلز (یا آلیاژ) برای حفظ استخواص مکانیکی بالا هنگام کار در دماهای بالا. یعنی، چنین فلزی، حتی زمانی که تا یک درخشش قرمز گرم شود (برای دماهای بالاتر از 550 درجه سانتیگراد معمول است)، خزش نمی کند و استحکام کافی را حفظ نمی کند.

به عبارت ساده، مقاومت در برابر حرارت، توانایی یک ماده برای حفظ عملکرد در هنگام گرم شدن در دمای بالا است. فولادهای سازه ای معمولی، حتی با حرارت دادن اندک، انعطاف پذیر می شوند، که امکان استفاده از آنها را برای تولید محصولاتی که در دماهای بالا کار می کنند، منتفی می کند.

گریدهای مختلف فلزات و آلیاژها مقاومت حرارتی متفاوتی دارند. این شاخص به ترکیب شیمیایی مواد بستگی دارد. تست های مقاومت حرارتی را می توان در مدت زمان طولانی انجام داد. اما اغلب، نمونه‌هایی که در کوره تا دمای معینی گرم می‌شوند، برای مدت کوتاهی تست کشش می‌شوند.

فولادهای مقاوم در برابر حرارت

مقاومت در برابر حرارت، بر خلاف مقاومت در برابر حرارت، توانایی مواد برای مقاومت در برابر توسعه فرآیندهای خوردگی هنگام کار در دماهای بالا است. فولادهای معمولی، اگر در معرض حرارت قرار گیرند (به استثنای عملیات حرارتی در فضای محافظ یا در خلاء)، شروع به اکسید شدن می کنند. علاوه بر این، با گرمایش طولانی مدت، کربن روی سطح محصول شروع به سوختن می کند. در نتیجه، سطح از کربن خالی می شود، که منجر به تغییر شدید خواص مکانیکی (در درجه اول سختی) روی سطح می شود. مقاومت در برابر سایش کاهش می یابد. چنین تحول منفی پیدا می کندپدیده، مانند یک قلدر این گروه از فولادها می توانند در دمای حدود 550 درجه سانتیگراد کار کنند.

به منظور افزایش مقاومت حرارتی فولاد، مذاب آن با سیلیکون، آلومینیوم و کروم آلیاژ می شود. گاهی اوقات افزایش مقاومت حرارتی سطح قطعه کافی است. در این حالت، سیلیکون کردن یا آلومینیز کردن (اشباع شدن لایه سطحی به ترتیب با اتم‌های سیلیکون یا آلومینیوم) در محیط پودری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مواد با نقطه ذوب بالا

هنگام کار در دماهای بالا، نمی توان از مواد در نظر گرفته استفاده کرد، زیرا در دمای 2000 درجه سانتیگراد، ذوب شروع می شود (فاز مایع آزاد می شود). برای این منظور از فلزات نسوز استفاده می شود: تنگستن، نیوبیم، وانادیم، زیرکونیوم و غیره. این مواد بسیار گران هستند، اما مهندسان هنوز جایگزین مناسبی برای آنها پیدا نکرده اند.

ویژگی آلیاژهای مبتنی بر کروم و نیکل

آلیاژهای با مقاومت حرارتی بالا در مهندسی قدرت (پره‌های توربین‌های بخار، قطعات موتور هواپیما و غیره) تقاضای زیادی دارند. علاوه بر این، نیاز به چنین موادی به طور مداوم در حال افزایش است. علاوه بر این، تولید به دانشمندان نیاز دارد تا مواد پیشرفته‌تری را به دست آورند که بتوانند عملکرد خود را در دماهای بسیار بالا حفظ کنند. بنابراین، کار به طور مداوم برای افزایش مقاومت حرارتی در حال انجام است. نیکل، یا بهتر است بگوییم فولاد آلیاژی با این عنصر، به این امر کمک می کند.

همه فولادهای مقاوم در برابر حرارتبا نیکل آلیاژ می شوند (حداقل 65٪). کروم یک امر ضروری است. محتوای این عنصر نباید کمتر از 14 درصد باشد. در غیر این صورت، سطح فلز به شدت اکسید می شود.

فولادها علاوه بر این با آلومینیوم، وانادیم و سایر عناصر نسوز آلیاژ می شوند. به عنوان مثال، آلومینیوم، حتی در دمای اتاق، با یک فیلم نازک اکسید پوشیده شده است، که از نفوذ خوردگی به اعماق فلز جلوگیری می کند. یعنی هیچ مقیاسی تشکیل نمی شود.