Varmemodstand og varmebestandighed er vigtige egenskaber ved stål

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Varmemodstand og varmemodstand er meget vigtige egenskaber. Nogle maskintekniske produkter fungerer under meget vanskelige forhold ved høje temperaturer. Konventionelle konstruktionsstål, når de opvarmes, ændrer brat deres mekaniske og fysiske egenskaber, begynder aktivt at oxidere og danne skalaer, hvilket er fuldstændig uacceptabelt og skaber en trussel om svigt af hele samlingen og muligvis en alvorlig ulykke. For at arbejde ved forhøjede temperaturer skabte materialeingeniører med hjælp fra metallurger en række specialstål og legeringer. Denne artikel giver en kort beskrivelse af dem.

Varmebestandigt stål

Mange mennesker sidestiller begrebet varmemodstand med sådan et begreb som varmemodstand. Dette bør under ingen omstændigheder gøres. Varmebestandighed kaldes også rød skørhed. Og dette koncept betyder et metals (eller legerings) evne til at fastholdehøje mekaniske egenskaber ved arbejde ved høje temperaturer. Det vil sige, at et sådant metal, selv når det opvarmes til en rød glød (det er typisk for temperaturer over 550 °C), vil ikke krybe og bevare tilstrækkelig stivhed.

I enkle vendinger er varmebestandighed et materiales evne til at opretholde ydeevnen, når det opvarmes til høje temperaturer. Almindelige konstruktionsstål, selv med let opvarmning, bliver duktile, hvilket udelukker muligheden for deres anvendelse til fremstilling af produkter, der arbejder ved høje temperaturer.

Forskellige kvaliteter af metaller og legeringer har forskellig varmebestandighed. Denne indikator afhænger af materialets kemiske sammensætning. Varmemodstandstest kan udføres over en længere periode. Men oftest bliver prøver opvarmet i en ovn til en bestemt temperatur træktestet i en kort periode.

Varmebestandigt stål

Varmebestandighed, i modsætning til varmebestandighed, er materialers evne til at modstå udviklingen af korrosionsprocesser, når de arbejder ved høje temperaturer. Almindelige stål, hvis de udsættes for varme (med undtagelse af varmebehandling i en beskyttende atmosfære eller i et vakuum), begynder at oxidere. Derudover begynder kulstoffet på overfladen af produktet ved langvarig opvarmning at brænde ud. Som følge heraf er overfladen udtømt for kulstof, hvilket fører til en skarp ændring i de mekaniske egenskaber (primært hårdhed) på overfladen. Slidstyrken falder. Får sådan en negativ udviklingfænomen, som en bølle. Denne gruppe stål kan fungere ved temperaturer omkring 550 °C.

For at øge stålets varmebestandighed er dets smelte legeret med silicium, aluminium og krom. Nogle gange er det nok at øge varmemodstanden af delens overflade. I dette tilfælde anvendes silikonisering eller aluminisering (mætning af overfladelaget med henholdsvis silicium- eller aluminiumatomer) i et pulvermedium.

materialer med højt smeltepunkt

Ved drift ved særligt høje temperaturer kan de overvejede materialer ikke anvendes, da der ved en temperatur i området omkring 2000 °C begynder at smelte (en flydende fase frigives). Til disse formål anvendes ildfaste metaller: wolfram, niobium, vanadium, zirconium og så videre. Disse materialer er ret dyre, men ingeniører har endnu ikke fundet et værdigt alternativ til dem.

Karakterisering af krom- og nikkelbaserede legeringer

Legeringer med høj varmemodstand er meget efterspurgte inden for kraftteknik (vinger på dampturbiner, dele af flymotorer og så videre). Desuden vokser behovet for sådanne materialer konstant. Desuden kræver produktionen, at forskerne får mere og mere avancerede materialer, der kan opretholde deres ydeevne ved meget høje temperaturer. Derfor arbejdes der hele tiden på at øge varmemodstanden. Nikkel, eller rettere legering af stål med dette element, bidrager til dette.

Alt varmebestandigt ståler legeret med nikkel (ikke mindre end 65%). Chrome er et must. Indholdet af dette element bør ikke være mindre end 14%. Ellers vil metaloverfladen blive intensivt oxideret.

Stål er desuden legeret med aluminium, vanadium og andre ildfaste elementer. Aluminium er for eksempel selv ved stuetemperatur dækket af en tynd oxidfilm, som forhindrer korrosion i at trænge dybt ind i metallet. Det vil sige, at der ikke dannes nogen skala.