Milyen típusú acél a legtöbb hő - ellenálló?

Az ipari alkalmazásokban a repülőgép -motoroktól az erőmű turbinákig terjedő képessége kritikus fontosságú az a képesség, hogy ellenálljon a szélsőséges hőmérsékleteknek anélkül, hogy elveszíti az erőt, a korrodálást vagy a deformációt. Az acél, a vas és a szén ötvözete, különféle elemekkel javítható, hogy javítsa a hőállóságát, de nem minden acél végez egyformán nagy hő alatt. A "hőállóság" értékelésekor a kulcsfontosságú tényezők közé tartozik a mechanikai szilárdság megnövekedett hőmérsékleten történő megőrzésének képessége, az oxidáció elleni küzdelem (egy általános meghibásodási mód magas hőnél), és elkerülni a szerkezeti változásokat, például a gabona növekedését vagy a fázisátalakulást. Az összes acéltípus közül a - rezisztens rozsdamentes acélok - hőkezelése, különösképpen azok, amelyek magas króm, nikkel és további elemek, például a molibdén, a volfrám vagy a niobium {-, a legtöbb hőként elismerik.
Az austenit rozsdamentes acélok természetéből adódóan hőkezelnek - ellenállóak austenit kristályszerkezetük miatt, amely magas hőmérsékleten stabil marad (ellentétben a ferrit vagy a martenzitikus acélokkal, amelyek szerkezete melegítve átalakulhat és gyengülhet). A króm hozzáadása (jellemzően 16–26%) védő króm -oxidréteget képez a felületen, megakadályozva az oxidációt még 2100 fok (1150 fok) hőmérsékleten is. A nikkel (8–24%) stabilizálja az austenit szerkezetet, biztosítva, hogy az acél megőrizze a rugalmasságot és az erőt, ha hosszan tartó hőnek vannak kitéve. Ezek az alapelemek már felülmúlják a szén acélokat, amelyek 600 F (315 fok) feletti lágyulást kezdenek, és gyorsan oxidálódnak az 1000 fokot meghaladó hőmérsékleten (538 fok).
A hőállóság továbblépése érdekében az előrehaladott austenit osztályok magukban foglalják a molibdén (MO), a volfrámot (W) és a niobiumot (NB). A molibdén fokozza a magas - hőmérsékleti szilárdságot és a kúszó ellenállását - fokozatos deformációval állandó feszültség mellett megemelkedett hőmérsékleten -, míg a volfrám megerősíti a kúszó ellenállást és a stabilitást szélsőséges hőmérsékleteken. A niobium olyan karbidokat képez, amelyek rögzítik a gabonahatárokat, megakadályozva a gabona növekedését (ami gyengíti az acélt), ha hosszú ideig melegítik. Kiváló példa az Alloy 310 (UNS S31000), egy króm - nikkel austenit acél, 25–28% króm és 19–22% nikkel mellett. Folyamatosan működhet 2000 F (1 093 fok) hőmérsékleten, és ellenáll a rövid - kifejezésnek a 2100 fokos (1,150 fok) kitettséggel, így a kemence béléseiben, a hőcserélőkben és a kemencek alkatrészeiben kapcsává váljon.
Még magasabb hőmérsékletek esetén az austenites rozsdamentes acélok hozzáadott kobalt- vagy ritkaföldfém -elemekkel vannak kialakítva a szélsőséges környezethez. Ezeket a szuperötvözeteket, amelyeket gyakran "hő - rezisztens szuperfémek" -nek (bár az acélkémia alapján) besorolnak, elviselhetik a folyamatos szolgáltatást 2200–2,400 F fok (1200–1,315 fok). Például néhány tulajdonosi osztály 20–30% króm, 15–20% nikkel, 5–10% kobalt és nyomkövetési mennyiségű lantán vagy yttrium. A kobalt javítja a magas - hőmérsékleti szilárdságot és az oxidációs rezisztenciát, míg a ritkaföldfémek finomítja az oxidréteget, ezáltal ragaszkodni és ellenállni a spallingnak (pelyhekezésnek) a termikus ciklus során. Ezek az acélok kritikusak a repülőgép -munkákban, például a sugárhajtású motor égési kamráiban, ahol a hőmérséklet hosszabb ideig meghaladhatja a 2000 F (1 093 fok) fokot.
Más acéltípusok összehasonlítása rávilágít arra, hogy az austenit heat - ellenálló rozsdamentes acélok miért állnak ki. A ferrites rozsdamentes acélok, 10–20% krómtal, de kevés vagy egyáltalán nem nikkel, mérsékelt oxidációs ellenállást kínálnak, de hiányzik az austenit fokozat magas - hőmérsékleti szilárdsága, szignifikánsan lágyulva az 1500 fok felett (815 fok). A martenzitikus rozsdamentes acélok, amelyek szobahőmérsékleten ismertek a keménységről és az erejéről, elveszítik mechanikai tulajdonságaik nagy részét 1000 f (538 fok) felett, és hajlamosak az oxidációra az alacsonyabb krómtartalom miatt. A szén -acélok, még a magas - szénfajták is, nem alkalmasak a magas hőre - Az 1000 f (538 fok) felett gyorsan oxidálódnak, és a szerkezeti integritást 1,200 F fok felett (649 fok) veszik el.
Egy másik kategória, a nikkel - alapú szuper- Az austenit hőhő - Az ellenálló rozsdamentes acélok áthidalják a rést a hagyományos acélok és a nikkel -szuperfémek között, az acél költségeit kínálva - hatékonyság és működésképességi képesség a közel - szuperfém hőállósággal.
A leghőbb - rezisztens austenit rozsdamentes acélok legfontosabb alkalmazásai a következők:
• Ipari kemencék: bélés anyagok és fűtési elemek, amelyek 1800–200 f fokozaton (982–1,204 fok) működnek.
• Gázturbinák: olyan alkatrészek, mint a turbina burkolatok és a kipufogócsonkok, 1500–2000 F fok (815–1 093 fok).
• Kémiai feldolgozás: A reaktorok és a csővezetékek magas - hőmérséklet -korrozív folyadékokat kezelnek, ahol az oxidáció és a kúszó ellenállás kritikus.
• Repülőgép: A motor alkatrészei és a termikus pajzsok, amelyek szilárdságot igényelnek 1800 F (982 fok) és annál magasabb szinten.
Összefoglalva: a leghőbb - ellenálló acél típusa magas - ötvözet austenitikus hő - ellenálló rozsdamentes acél, magas króm (16–26%), nikkel (8–24%), és olyan kiegészítő választásokkal, mint a molibdén, vagy a niobium. Ezek az acélok megőrzik az erőt, ellenállnak az oxidációnak és fenntartják a szerkezeti stabilitást 2400 F (1315 fok) hőmérsékleten, felülmúlják a ferritikus, martenzitikus és szén acélokat. Az austenit szerkezet, az oxidréteg védelme és a kúszó ellenállás egyedi kombinációja nélkülözhetetlenné teszi őket a világ legigényesebb - hőmérsékleti ipari alkalmazásaiban.