Τα Καλύτερα Μέταλλα Εφαρμογών σε Υψηλές Θερμοκρασίες

Μέταλλα σε Υψηλές Θερμοκρασίες

Εργάζεστε σε έργα σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας; Η επιλογή μεταλλικών κραμάτων με υψηλό σημείο τήξης είναι απολύτως απαραίτητη. Ωστόσο, οι ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας διαφέρουν από επιχείρηση σε επιχείρηση, κάνοντας την αγορά του σωστού προϊόντος λίγο μπερδεμένη.

Ένα ανθεκτικό στη θερμότητα κράμα που λειτουργεί σε ένα πλαίσιο μπορεί να μην αντέξει ακραίες θερμοκρασίες (διαφορετικού βαθμού) σε ένα άλλο. Στόχος μας εδώ είναι να αναλύσουμε τα πιο ανθεκτικά στη θερμότητα μέταλλα στην αγορά – τα συστατικά τους, τις ιδιότητές τους – και να επισημάνουμε μερικά σημαντικά ζητήματα προτού δεσμευτείτε για την αγορά σας.

Τι κάνει ένα μεταλλικό κράμα ανθεκτικό στη θερμότητα;

Οι εφαρμογές αντοχής στη θερμότητα απαιτούν συνήθως σταθερή απόδοση σε θερμοκρασίες άνω των 1200°F (649°C). Κράματα με υψηλά επίπεδα απόδοσης αντοχής στην οξείδωση, αντοχή σε ερπυσμό , διάρκεια ζωής σε θραύση και αντοχή σε εφελκυσμό συμβάλλουν στις ιδιότητες αντοχής στη θερμότητα.

Τα περισσότερα ανθεκτικά στη θερμότητα κράματα περιλαμβάνουν μερικά ή όλα τα ακόλουθα στοιχεία:

• Χρώμιο
• Νικέλιο
• Κοβάλτιο
• Μολυβδαίνιο
• Τιτάνιο

Εκτός από το κράμα, ο ανθεκτικός στη θερμότητα χάλυβας ενισχύεται με θερμική επεξεργασία, σκλήρυνση με καθίζηση (γήρανση) και σκλήρυνση στερεού διαλύματος. Τα ανθεκτικά στη θερμότητα κράματα μπορούν να υποδιαιρεθούν σε τρία διαφορετικά επίπεδα, ανάλογα με το περιβάλλον λειτουργίας τους. Αυτά που μπορούν να υποβληθούν σε:

• Μικρές ποσότητες θερμικής καταπόνησης (δευτερόλεπτα έως λεπτά)
• Μέτρια επίπεδα θερμικής καταπόνησης (ώρες ή εκατοντάδες ώρες)
• Μεγάλες περιόδους θερμικής καταπόνησης (χιλιάδες ώρες)

Ανταλλαγή θερμότητας

Ανάλογα με το κράμα μετάλλων, μπορούν να θυσιαστούν πρόσθετοι παράγοντες απόδοσης για να αποκτηθούν χαρακτηριστικά αντοχής στη θερμότητα, όπως:

• Συγκολλησιμότητα
• Θερμική διαστολή
• ερπυσμός (μεταλλικό τέντωμα)
• Δύναμη ρήξης
• Θερμική κόπωση
• Οξείδωση και διάβρωση
• Απόδοση κενού/έκθεση σε άλλες ατμόσφαιρες

Μέταλλα με θερμοανθεκτικές ιδιότητες

1) Τιτάνιο  (Ti) – Συχνά περιγράφεται ως «σφουγγάρι» λόγω των πορωδών οπών στη δομή του και στην επιφάνεια από τη διαδικασία σχηματισμού. Τα κράματα τιτανίου έχουν υψηλή αντοχή στη διάβρωση, είναι εξαιρετικά σκληρά, αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες και έχουν υψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος σε εφελκυσμό. Είναι εύκολα συγκολλήσιμα, κατασκευάζονται και είναι εξαιρετικά αποτελεσματικά σε δύσκολες βιομηχανικές εφαρμογές.

2) Βολφράμιο  (W) – Πυρίμαχο μέταλλο σε γκρίζο χάλυβα ή ασημί-λευκό. Το βολφράμιο παρέχει σκληρότητα, αντοχή στην υψηλή θερμότητα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βασικό μέταλλο για ένα κράμα ή ως στοιχείο στήριξης.

3)    Ανοξείδωτος χάλυβας  (κράμα) – Μια οικογένεια κραμάτων γνωστή για την αντοχή τους στη διάβρωση και τις υψηλές θερμοκρασίες, ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι ένα κράμα με βάση το σίδηρο που περιέχει 10,5% ή περισσότερο χρώμιο και άλλα στοιχεία όπως νικέλιο και μολυβδαίνιο. Τα κράματα χάλυβα μπορεί να είναι ιδιαίτερα ανθεκτικά στη θερμότητα. Η αεροδιαστημική, η αυτοκινητοβιομηχανία και οι κατασκευαστικές βιομηχανίες χρησιμοποιούν αυτό το υλικό για να δημιουργήσουν συγκεκριμένα εξαρτήματα όπως δοχεία πίεσης ή λέβητες.

4) Νιόβιο  (Nb) – Παλαιότερα ονομαζόταν κολόμβιο (Cb), το νιόβιο χρησιμοποιείται σε κράματα χάλυβα και έχει χαρακτηριστικά σκληρότητας παρόμοια με το τιτάνιο (και ολκιμότητα παρόμοια με το σίδηρο). Είναι συνήθως κράμα με βολφράμιο για ανώτερη αντοχή στη θερμότητα. Αυτό το μέταλλο βρίσκεται συνήθως σε χειρουργικό εξοπλισμό, καθώς και σε κινητήρες τζετ και σε τουρμπίνες αεροσκαφών.

5) Μολυβδαίνιο  (Mo) – Το μολυβδαίνιο χρησιμοποιείται συχνά σε κράματα χάλυβα συμπεριλαμβανομένου του ανοξείδωτου χάλυβα. Παρέχει ενισχυμένη αντοχή, ανθεκτικότητα και αντοχή στη διάβρωση, τη φθορά και τις υψηλές θερμοκρασίες. Η  ολκιμότητα  και η απαλότητά του το καθιστούν ιδανικό για εξειδικευμένα μηχανήματα και στρατιωτικές εφαρμογές.

6) Νικέλιο  (Ni)  (κράμα) – Το νικέλιο έχει ανώτερη αντοχή, είναι εύπλαστο και όλκιμο και έχει εξαιρετική αντοχή στην οξείδωση και τη διάβρωση. Το νικέλιο χρησιμοποιείται συχνά σε κράματα ανοξείδωτου χάλυβα για πρόσθετη αντοχή. Τα κράματα νικελίου είναι μερικά από τα πιο ανθεκτικά στη θερμότητα μέταλλα.

7) Ταντάλιο  (Ta) – Το ταντάλιο έχει υψηλή πυκνότητα, σημείο τήξης και αντοχή σε οξύ. Διαθέτει ένα οξειδωμένο φιλμ στην επιφάνειά του που παρέχει αντοχή στη διάβρωση. Αυτό το υλικό συχνά συνδυάζεται με άλλα μέταλλα για την παραγωγή  υπερκράματα.

Άλλες εκτιμήσεις για κράματα υψηλής θερμοκρασίας

Οι αντισταθμίσεις που αναφέρθηκαν προηγουμένως καταδεικνύουν πολλούς από τους σημαντικούς παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη, συμπεριλαμβανομένων των φυσικών ιδιοτήτων όπως η θερμική διαστολή και η θερμική κόπωση καθώς και ζητήματα μετά την επεξεργασία μετάλλου όπως η συγκολλησιμότητα. Το κόστος και η διαθεσιμότητα μπορεί επίσης να είναι παράγοντας.

Είναι σημαντικό να επαληθεύσετε τα τεχνικά δεδομένα ενός κράματος προτού αποφασίσετε να το χρησιμοποιήσετε σε οποιοδήποτε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας. Ωστόσο, μην επιλέγετε τα μέταλλα σας αποκλειστικά με βάση τη μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας. Παράγοντας:

• Αντοχή στην οξείδωση
• Αντοχή στη θερμή διάβρωση
• Μεταλλουργική σταθερότητα του υλικού
• Μηχανικές ιδιότητες σε διαφορετικές θερμοκρασίες

Ορισμένα κράματα υψηλής θερμοκρασίας έχουν ενδιαφέρουσες ιδιότητες υλικού. Για παράδειγμα, το καρβίδιο του τιτανίου έχει το υψηλότερο σημείο τήξης από όλα τα μέταλλα στους 3100°C. Ο ανοξείδωτος χάλυβας δεν απαιτεί βαφή.

Εφαρμογές & υπηρεσίες που απαιτούν αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες

Τα ανθεκτικά στη θερμότητα μέταλλα βρίσκονται σε πολλές διαφορετικές βιομηχανίες, όπως:

• Αυτοκίνητο
• Αεροδιαστημική
• Αεροπορία
• Κεραμικός
• Χημική ουσία
• Κατασκευή
• ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΙΔΗ
• Ποτήρι
• Μηχανουργεία
• Στρατός
• Πετροχημική

Πολλά βασικά προϊόντα παράγονται, συμπεριλαμβανομένων των λεβήτων, των εκπομπών ηλεκτρονίων, των ηλεκτρονικών ειδών, των κινητήρων αεριωθουμένων, των πυρηνικών αντιδραστήρων, των πτερυγίων στροβίλων, ακόμη και των πυρηνικών αντιδραστήρων.

Για οποιαδήποτε ερώτηση ή πρόταση συνεργασίας που αφορά τις συγκολλήσεις και την εκπαίδευση έχοντας πάντα ως γνώμονα την τεχνική και την ποιότητα, παρακαλώ μην διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μου.