Odporność na ciepło i odporność na ciepło to ważne cechy stali

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Odporność na ciepło i odporność na ciepło to bardzo ważne cechy. Niektóre produkty inżynierii mechanicznej pracują w bardzo trudnych warunkach w podwyższonych temperaturach. Konwencjonalne stale konstrukcyjne po podgrzaniu gwałtownie zmieniają swoje właściwości mechaniczne i fizyczne, zaczynają aktywnie utleniać się i tworzyć zgorzelinę, co jest całkowicie niedopuszczalne i stwarza zagrożenie uszkodzenia całego zespołu, a być może nawet poważnego wypadku. Do pracy w podwyższonych temperaturach inżynierowie materiałowi z pomocą metalurgów stworzyli szereg specjalnych stali i stopów. Ten artykuł zawiera ich krótki opis.

Stale żaroodporne

Wiele osób utożsamia pojęcie odporności na ciepło z takim pojęciem, jak odporność na ciepło. W żadnym wypadku nie należy tego robić. Odporność na ciepło jest również nazywana czerwoną kruchością. A ta koncepcja oznacza zdolność metalu (lub stopu) do zatrzymywaniawysokie właściwości mechaniczne podczas pracy w podwyższonych temperaturach. Oznacza to, że taki metal, nawet po podgrzaniu do czerwonej poświaty (jest to typowe dla temperatur powyżej 550 °C), nie będzie pełzał i zachowa wystarczającą sztywność.

W uproszczeniu, odporność na ciepło to zdolność materiału do utrzymania wydajności po podgrzaniu do wysokich temperatur. Zwykłe stale konstrukcyjne, nawet przy niewielkim nagrzaniu, stają się ciągliwe, co wyklucza możliwość ich wykorzystania do produkcji wyrobów pracujących w wysokich temperaturach.

Różne gatunki metali i stopów mają różną odporność na ciepło. Wskaźnik ten zależy od składu chemicznego materiału. Testy odporności na ciepło można przeprowadzać przez długi czas. Jednak najczęściej próbki nagrzane w piecu do określonej temperatury są testowane na rozciąganie przez krótki okres czasu.

Stale żaroodporne

Odporność na ciepło, w przeciwieństwie do odporności na ciepło, to zdolność materiałów do opierania się rozwojowi procesów korozyjnych podczas pracy w wysokich temperaturach. Stale zwykłe poddane działaniu ciepła (z wyjątkiem obróbki cieplnej w atmosferze ochronnej lub w próżni) zaczynają się utleniać. Ponadto przy dłuższym ogrzewaniu węgiel na powierzchni produktu zaczyna się wypalać. W efekcie powierzchnia zostaje zubożona w węgiel, co prowadzi do gwałtownej zmiany właściwości mechanicznych (przede wszystkim twardości) na powierzchni. Spada odporność na zużycie. Dostaje taki negatywny rozwójzjawisko, jak tyran. Ta grupa stali może pracować w temperaturach około 550 °C.

W celu zwiększenia odporności cieplnej stali, jej stop jest stapiany z krzemem, aluminium i chromem. Czasami wystarczy zwiększyć odporność cieplną powierzchni części. W tym przypadku stosuje się silikonowanie lub aluminizację (nasycenie warstwy powierzchniowej odpowiednio atomami krzemu lub aluminium) w medium proszkowym.

Materiały o wysokiej temperaturze topnienia

Podczas pracy w szczególnie wysokich temperaturach rozważane materiały nie mogą być używane, ponieważ w temperaturze około 2000 ° C zaczyna się topienie (uwalniana jest faza ciekła). Do tych celów stosuje się metale ogniotrwałe: wolfram, niob, wanad, cyrkon i tak dalej. Materiały te są dość drogie, ale inżynierowie nie znaleźli jeszcze dla nich godnej alternatywy.

Charakterystyka stopów na bazie chromu i niklu

Stopy o wysokiej odporności cieplnej są bardzo poszukiwane w energetyce (łopatki turbin parowych, części silników lotniczych itp.). Co więcej, zapotrzebowanie na takie materiały stale rośnie. Co więcej, produkcja wymaga od naukowców uzyskiwania coraz bardziej zaawansowanych materiałów, które potrafią utrzymać swoją wydajność w bardzo wysokich temperaturach. Dlatego stale trwają prace nad zwiększeniem odporności na ciepło. Przyczynia się do tego nikiel, a raczej stal stopowa z tym pierwiastkiem.

Wszystkie stale żaroodpornesą stopowe z niklem (nie mniej niż 65%). Chrome jest koniecznością. Zawartość tego pierwiastka nie powinna być mniejsza niż 14%. W przeciwnym razie powierzchnia metalu będzie intensywnie utleniana.

Stale są dodatkowo stapiane z aluminium, wanadem i innymi elementami ogniotrwałymi. Na przykład aluminium, nawet w temperaturze pokojowej, pokryte jest cienką warstwą tlenku, która zapobiega wnikaniu korozji w głąb metalu. Oznacza to, że nie tworzy się żadna skala.