ทนความร้อนและทนความร้อนเป็นคุณสมบัติที่สำคัญของเหล็ก

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

ทนความร้อนและทนความร้อนเป็นคุณสมบัติที่สำคัญมาก ผลิตภัณฑ์วิศวกรรมเครื่องกลบางชนิดทำงานในสภาวะที่ยากลำบากมากที่อุณหภูมิสูง เหล็กโครงสร้างทั่วไปเมื่อถูกความร้อนจะเปลี่ยนคุณสมบัติทางกลและทางกายภาพอย่างกะทันหัน จะเริ่มออกซิไดซ์อย่างแข็งขันและเกิดขนาด ซึ่งเป็นที่ยอมรับไม่ได้โดยสิ้นเชิง และสร้างภัยคุกคามต่อความล้มเหลวของการประกอบทั้งหมด และอาจเป็นอุบัติเหตุร้ายแรง ในการทำงานที่อุณหภูมิสูง วิศวกรด้านวัสดุด้วยความช่วยเหลือของนักโลหะวิทยา ได้สร้างเหล็กกล้าและโลหะผสมพิเศษขึ้นมาจำนวนหนึ่ง บทความนี้ให้คำอธิบายสั้น ๆ เกี่ยวกับพวกเขา

เหล็กทนความร้อน

หลายคนถือเอาแนวคิดเรื่องความต้านทานความร้อนกับแนวคิดเรื่องความต้านทานความร้อน ไม่ควรทำสิ่งนี้ไม่ว่าในกรณีใด ความต้านทานความร้อนเรียกอีกอย่างว่าความเปราะบางสีแดง และแนวคิดนี้หมายถึงความสามารถของโลหะ (หรือโลหะผสม) ในการรักษาคุณสมบัติทางกลสูงเมื่อทำงานที่อุณหภูมิสูง กล่าวคือ โลหะดังกล่าวแม้จะถูกความร้อนจนเป็นแสงสีแดง (เป็นเรื่องปกติสำหรับอุณหภูมิที่สูงกว่า 550 ° C) ก็จะไม่คืบคลานและรักษาความแข็งแกร่งเพียงพอ

กล่าวง่ายๆ ก็คือ การทนความร้อนคือความสามารถของวัสดุในการรักษาประสิทธิภาพการทำงานเมื่อถูกความร้อนที่อุณหภูมิสูง เหล็กโครงสร้างธรรมดาแม้จะให้ความร้อนเพียงเล็กน้อยก็จะกลายเป็นเหล็กเหนียว ซึ่งไม่รวมความเป็นไปได้ในการใช้งานสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ที่ทำงานที่อุณหภูมิสูง

โลหะและโลหะผสมเกรดต่างกันมีความต้านทานความร้อนต่างกัน ตัวบ่งชี้นี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุ การทดสอบการทนความร้อนสามารถทำได้เป็นระยะเวลานาน แต่ส่วนใหญ่แล้ว ตัวอย่างที่อุ่นในเตาอบจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดจะได้รับการทดสอบแรงดึงในช่วงเวลาสั้นๆ

เหล็กทนความร้อน

การทนความร้อน ตรงกันข้ามกับการทนความร้อน คือความสามารถของวัสดุในการต้านทานการพัฒนาของกระบวนการกัดกร่อนเมื่อทำงานที่อุณหภูมิสูง เหล็กกล้าธรรมดา หากได้รับความร้อน (ยกเว้นการอบชุบด้วยความร้อนในบรรยากาศป้องกันหรือในสุญญากาศ) จะเริ่มเกิดปฏิกิริยาออกซิไดซ์ นอกจากนี้ เมื่อให้ความร้อนเป็นเวลานาน คาร์บอนบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์จะเริ่มไหม้เกรียม ส่งผลให้พื้นผิวคาร์บอนหมดลง ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในคุณสมบัติเชิงกล (ความแข็งหลัก) บนพื้นผิว ความต้านทานการสึกหรอลดลง มีพัฒนาการด้านลบปรากฏการณ์เหมือนคนพาล เหล็กกลุ่มนี้สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิประมาณ 550 °C

เพื่อเพิ่มความต้านทานความร้อนของเหล็ก การหลอมของเหล็กถูกเจือด้วยซิลิกอน อะลูมิเนียม และโครเมียม บางครั้งก็เพียงพอที่จะเพิ่มความต้านทานความร้อนของพื้นผิวของชิ้นส่วน ในกรณีนี้ การทำซิลิกอนหรือการทำให้เป็นอะลูมิเนียม (ความอิ่มตัวของชั้นผิวด้วยอะตอมของซิลิกอนหรืออะลูมิเนียม ตามลำดับ) จะใช้ในตัวกลางแบบผง

วัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูง

เมื่อทำงานที่อุณหภูมิสูงโดยเฉพาะ วัสดุที่พิจารณาจะไม่สามารถใช้ได้ เนื่องจากที่อุณหภูมิในบริเวณ 2000 ° C การหลอมจะเริ่มเกิดขึ้น (ปล่อยเฟสของเหลว) เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ จะใช้โลหะทนไฟ: ทังสเตน ไนโอเบียม วานาเดียม เซอร์โคเนียม และอื่น ๆ วัสดุเหล่านี้ค่อนข้างแพง แต่วิศวกรยังไม่พบทางเลือกที่คุ้มค่าสำหรับพวกเขา

ลักษณะพิเศษของโลหะผสมโครเมียมและนิกเกิล

โลหะผสมที่ทนความร้อนสูงเป็นที่ต้องการอย่างมากในด้านวิศวกรรมกำลัง (ใบพัดของกังหันไอน้ำ ชิ้นส่วนของเครื่องยนต์อากาศยาน และอื่นๆ) นอกจากนี้ความต้องการวัสดุดังกล่าวยังเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ การผลิตยังต้องการให้นักวิทยาศาสตร์ได้รับวัสดุขั้นสูงมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งสามารถรักษาประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงมากได้ จึงมีการทำงานอย่างต่อเนื่องเพื่อเพิ่มความทนทานต่อความร้อน นิกเกิลหรือเหล็กกล้าผสมที่มีองค์ประกอบนี้มีส่วนช่วยในเรื่องนี้

เหล็กทนความร้อนทุกชนิดที่เจือด้วยนิกเกิล (ไม่น้อยกว่า 65%) Chrome เป็นสิ่งจำเป็น เนื้อหาขององค์ประกอบนี้ไม่ควรน้อยกว่า 14% มิฉะนั้น พื้นผิวโลหะจะถูกออกซิไดซ์อย่างเข้มข้น

เหล็กยังเจือด้วยอะลูมิเนียม วาเนเดียม และวัสดุทนไฟอื่นๆ ตัวอย่างเช่น อลูมิเนียมแม้ที่อุณหภูมิห้องจะถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์บาง ๆ ซึ่งป้องกันการกัดกร่อนไม่ให้เจาะลึกเข้าไปในโลหะ นั่นคือไม่มีการสร้างมาตราส่วน