خواص فیزیکی فولاد مقاوم در برابر حرارت

خواص فیزیکی فولاد مقاوم در برابر حرارت
بدیهی است که برجسته ترین ویژگی فولاد مقاوم در برابر حرارت، مقاومت در برابر دمای بالا است که می تواند شکل قطعه کار و الزامات عملکرد کار را در محیط کاری با دمای بالا حفظ کند. بنابراین، علاوه بر مقاومت در برابر دمای بالا، خواص فیزیکی اساسی فولاد مقاوم در برابر حرارت چیست؟ حال آنها را یکی یکی بر می شمریم.

مقاومت در برابر خوردگی دمای بالا فولاد مقاوم در برابر حرارت

فولاد مقاوم در برابر حرارت اغلب در یک محیط خورنده پیچیده با دمای بالا کار می کند. مقاومت در برابر خوردگی در دمای بالا یک نیاز عملکرد بسیار مهم فولاد مقاوم در برابر حرارت است. خوردگی دمای بالا واکنش مواد با محیط های گازی مختلف در دماهای بالا است. اشکال اصلی خوردگی گازی در دمای بالا عبارتند از: اکسیداسیون در دمای بالا، ولکانیزاسیون، نیترید کردن، کربنیزاسیون و سایر اشکال. علاوه بر این، لباس نمک مذاب با دمای بالا، خوردگی فلز مایع با دمای بالا وجود دارد.

خواص فیزیکی فولاد مقاوم در برابر حرارت مقاوم در برابر اکسیداسیون دمای بالا است

هنگامی که میل ترکیبی بین فلز و اکسیژن زیاد است و حلالیت اکسیژن در کروم کریستال به حد اشباع می رسد، نیتریدها روی سطح فلز تشکیل می شوند. هنگامی که یک فیلم اکسید تشکیل شد، ادامه فرآیند اکسیداسیون به دو عامل بستگی دارد: (الف) سرعت واکنش در سطح مشترک، از جمله سرعت واکنش در سطح مشترک فلز/اکسید و سطح مشترک اکسید/گاز. (ب) سرعت انتشار ماده شرکت کننده در واکنش از طریق فیلم اکسید. به طور کلی، هنگامی که سطح فلز در ابتدا با اکسیژن واکنش می دهد تا یک لایه اکسیدی بسیار نازک تولید کند، واکنش رابط نقش اصلی را ایفا می کند، یعنی واکنش رابط عامل کنترل کننده تشکیل فیلم اکسید است. با این حال، با رشد فیلم اکسید، فرآیند انتشار به تدریج نقش مهمی را به عنوان یک عامل کنترل برای ادامه اکسیداسیون بازی خواهد کرد. لایه اکسیدی تشکیل شده روی سطح فلز عموماً جامد است، اما با توجه به ماهیت فیلم اکسید، در دماهای بالاتر، برخی از اکسیدهای فلزی مایع و برخی گازی هستند.

کروم، آلومینیوم، سیلیکون و عناصر خاکی کمیاب به فولاد مقاوم در برابر حرارت اضافه می شوند تا یک فیلم اکسید محافظ کامل و متراکم با اکسیژن تشکیل شود. استفاده از پوشش روی سطح فلز نیز یک روش مهم برای بهبود مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا است. به عنوان مثال، آلومینیوم، سیلیکون سازی یا کروم-آلومینیوم، کروم-سیلیکون سازی روی سطح فولاد مقاوم در برابر حرارت، اثرات آنتی اکسیدانی قابل توجهی دارد.

خواص فیزیکی فولادهای مقاوم در برابر حرارت مقاوم در برابر ولکانیزه شدن در دمای بالا

ولکانیزاسیون در دمای بالا شکل جدی‌تری از خوردگی در دمای بالا نسبت به اکسیداسیون خالص است، زیرا فیلم سولفید دارای غلظت نقص بیشتری نسبت به فیلم اکسید است و بیشتر مستعد ترک خوردن و پوسته شدن است، به خصوص نقطه ذوب پایین سولفید، بخار زیاد. فشار و نقطه یوتکتیک پایین اکثر سولفیدها. در حین ولکانیزاسیون، شکل وجود گوگرد بر سرعت ولکانیزاسیون در دمای بالا تأثیر دارد. گوگرد فاز بخار ممکن است به شکل بخار گوگرد، دی اکسید گوگرد، تری اکسید گوگرد، سولفید هیدروژن و سولفید آلی باشد. هنگامی که گوگرد و اکسیژن به طور همزمان وجود داشته باشند، یک لایه زنگ مخلوط از اکسیدها و سولفیدها اغلب روی سطح فلز تشکیل می شود که از سولفیدهای تولید شده در H2S یا بخارهای گوگرد و گوگرد آلی محافظت می کند.

از آنجایی که ولکانیزاسیون مشابه اکسیداسیون است، تئوری اصلی اکسیداسیون و معیارهای اساسی اکسیداسیون منسوجات برای ولکانیزاسیون قابل استفاده است. افزودن کروم، آلومینیوم، سیلیکون و سایر عناصر آلیاژی به فولاد می تواند تا حدودی از ولکانیزه شدن در دمای بالا جلوگیری کند یا کند کند.

خواص فیزیکی فولادهای مقاوم در برابر حرارت در برابر نیتریدینگ در دمای بالا

نیتریدینگ با اکسیداسیون و ولکانیزاسیون متفاوت است و شکل شکست آن نیز متفاوت است. در حین نیترید کردن، محصول نهایی می تواند تمام لایه های نیترید باشد، اما مقاومت به خوردگی لایه در محلول آبی ضعیف است، یا به دلیل انتشار نیتروژن در فلز، انعطاف پذیری فلز کاهش می یابد و زمانی که یک لایه نیترید پیوسته نمی تواند. روی سطح فلز تشکیل شود، لایه بسیار سبز است. بنابراین، تقریبا هیچ اثر محافظتی روی پایه وجود ندارد. بنابراین، هنگامی که نیترید روی سطح فلز شکل می گیرد، عملکرد کلی مواد فلزی به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

آهن، کروم، آلومینیوم، تیتانیوم و سایر عناصر به راحتی نیترید تشکیل می دهند. نیکل، مس و سایر عناصر حتی در دماهای بالا نیتریدهای پایداری تشکیل نمی دهند. بنابراین، نیکل، مس و سایر عناصر در مهار نیتریدینگ تأثیر دارند. در اتمسفر مخلوط (مانند اتمسفر حاوی گوگرد)، نیکل به دلیل ولکانیزه شدن آسان نمی تواند از نیترید شدن جلوگیری کند. با این حال، در مهندسی عملی، مواد با نیکل کروم بالا هنوز بهترین ماده برای مقاومت در برابر نیترید در دمای بالا هستند. پیش اکسیداسیون مواد تأثیر خاصی در بهبود مقاومت اکسیداسیون آن دارد، به ویژه برای فولاد مقاوم در برابر حرارت.