Η αντίσταση στη θερμότητα και η αντοχή στη θερμότητα είναι σημαντικά χαρακτηριστικά των χάλυβα

2025 Συγγραφέας: Howard Calhoun | calhoun@techconfronts.com. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-24 13:14

Η αντίσταση στη θερμότητα και η αντοχή στη θερμότητα είναι πολύ σημαντικά χαρακτηριστικά. Ορισμένα προϊόντα μηχανολογίας λειτουργούν σε πολύ δύσκολες συνθήκες σε υψηλές θερμοκρασίες. Οι συμβατικοί δομικοί χάλυβες, όταν θερμαίνονται, αλλάζουν απότομα τις μηχανικές και φυσικές τους ιδιότητες, αρχίζουν να οξειδώνονται ενεργά και να σχηματίζουν άλατα, κάτι που είναι εντελώς απαράδεκτο και δημιουργεί κίνδυνο αστοχίας ολόκληρου του συγκροτήματος και πιθανώς σοβαρού ατυχήματος. Για να εργαστούν σε υψηλές θερμοκρασίες, οι μηχανικοί υλικών, με τη βοήθεια μεταλλουργών, δημιούργησαν μια σειρά από ειδικούς χάλυβες και κράματα. Αυτό το άρθρο δίνει μια σύντομη περιγραφή τους.

Χάλυβες ανθεκτικοί στη θερμότητα

Πολλοί άνθρωποι εξισώνουν την έννοια της αντοχής στη θερμότητα με μια τέτοια έννοια όπως η αντίσταση στη θερμότητα. Σε καμία περίπτωση δεν πρέπει να γίνει αυτό. Η αντίσταση στη θερμότητα ονομάζεται επίσης κόκκινη ευθραυστότητα. Και αυτή η έννοια σημαίνει την ικανότητα ενός μετάλλου (ή κράματος) να συγκρατείταιυψηλές μηχανικές ιδιότητες κατά την εργασία σε υψηλές θερμοκρασίες. Δηλαδή, ένα τέτοιο μέταλλο, ακόμη και όταν θερμαίνεται σε κόκκινη λάμψη (είναι τυπικό για θερμοκρασίες πάνω από 550 ° C), δεν θα σέρνεται και θα διατηρεί επαρκή ακαμψία.

Με απλά λόγια, η αντοχή στη θερμότητα είναι η ικανότητα ενός υλικού να διατηρεί την απόδοση όταν θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες. Οι συνηθισμένοι δομικοί χάλυβες, ακόμη και με ελαφρά θέρμανση, γίνονται όλκιμοι, γεγονός που αποκλείει τη δυνατότητα χρήσης τους για την κατασκευή προϊόντων που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες.

Διαφορετικές ποιότητες μετάλλων και κραμάτων έχουν διαφορετική αντοχή στη θερμότητα. Αυτός ο δείκτης εξαρτάται από τη χημική σύνθεση του υλικού. Οι δοκιμές αντοχής στη θερμότητα μπορούν να πραγματοποιηθούν για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αλλά τις περισσότερες φορές, δείγματα που θερμαίνονται σε φούρνο σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία δοκιμάζονται εφελκυσμό για σύντομο χρονικό διάστημα.

Χάλυβες ανθεκτικοί στη θερμότητα

Η αντίσταση στη θερμότητα, σε αντίθεση με την αντίσταση στη θερμότητα, είναι η ικανότητα των υλικών να αντιστέκονται στην ανάπτυξη διεργασιών διάβρωσης όταν εργάζονται σε υψηλές θερμοκρασίες. Οι συνηθισμένοι χάλυβες, εάν υποβληθούν σε θερμότητα (με εξαίρεση τη θερμική επεξεργασία σε προστατευτική ατμόσφαιρα ή σε κενό), αρχίζουν να οξειδώνονται. Επιπλέον, με παρατεταμένη θέρμανση, ο άνθρακας στην επιφάνεια του προϊόντος αρχίζει να καίγεται. Ως αποτέλεσμα, η επιφάνεια εξαντλείται από άνθρακα, γεγονός που οδηγεί σε απότομη αλλαγή στις μηχανικές ιδιότητες (κυρίως σκληρότητα) στην επιφάνεια. Η αντίσταση στη φθορά πέφτει. Παίρνει μια τέτοια αρνητική εξέλιξηφαινόμενο, σαν νταής. Αυτή η ομάδα χάλυβα μπορεί να λειτουργήσει σε θερμοκρασίες περίπου 550 °C.

Για να αυξηθεί η θερμική αντίσταση του χάλυβα, το τήγμα του είναι κράμα με πυρίτιο, αλουμίνιο και χρώμιο. Μερικές φορές αρκεί να αυξηθεί η θερμική αντίσταση της επιφάνειας του εξαρτήματος. Σε αυτή την περίπτωση, η σιλικονοποίηση ή η αλουμίνιση (κορεσμός της επιφανειακής στιβάδας με άτομα πυριτίου ή αλουμινίου, αντίστοιχα) χρησιμοποιείται σε μέσο σκόνης.

Υλικά υψηλού σημείου τήξης

Κατά τη λειτουργία σε ιδιαίτερα υψηλές θερμοκρασίες, τα θεωρούμενα υλικά δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν, καθώς σε θερμοκρασία στην περιοχή των 2000 ° C, αρχίζει να τήκεται (απελευθερώνεται μια υγρή φάση). Για τους σκοπούς αυτούς, χρησιμοποιούνται πυρίμαχα μέταλλα: βολφράμιο, νιόβιο, βανάδιο, ζιρκόνιο και ούτω καθεξής. Αυτά τα υλικά είναι αρκετά ακριβά, αλλά οι μηχανικοί δεν έχουν βρει ακόμα μια αξιόλογη εναλλακτική λύση για αυτά.

Χαρακτηρισμός κραμάτων με βάση το χρώμιο και το νικέλιο

Τα κράματα με υψηλή αντοχή στη θερμότητα έχουν μεγάλη ζήτηση στην ηλεκτρομηχανική (πτερύγια ατμοστροβίλων, μέρη κινητήρων αεροσκαφών κ.λπ.). Επιπλέον, η ανάγκη για τέτοια υλικά αυξάνεται συνεχώς. Επιπλέον, η παραγωγή απαιτεί από τους επιστήμονες να αποκτούν όλο και πιο προηγμένα υλικά που μπορούν να διατηρήσουν την απόδοσή τους σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Ως εκ τούτου, συνεχίζονται οι εργασίες για την αύξηση της αντίστασης στη θερμότητα. Το νικέλιο, ή μάλλον το κράμα χάλυβα με αυτό το στοιχείο, συμβάλλει σε αυτό.

Όλοι οι ανθεκτικοί στη θερμότητα χάλυβεςείναι κράματα με νικέλιο (όχι λιγότερο από 65%). Το Chrome είναι απαραίτητο. Η περιεκτικότητα σε αυτό το στοιχείο δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 14%. Διαφορετικά, η μεταλλική επιφάνεια θα οξειδωθεί έντονα.

Οι χάλυβες είναι επιπλέον κραματοποιημένοι με αλουμίνιο, βανάδιο και άλλα πυρίμαχα στοιχεία. Το αλουμίνιο, για παράδειγμα, ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου καλύπτεται με μια λεπτή μεμβράνη οξειδίου, η οποία εμποδίζει τη διάβρωση να διεισδύσει βαθιά στο μέταλλο. Δηλαδή δεν σχηματίζεται κλίμακα.