Khả năng chịu nhiệt và chịu nhiệt là những đặc tính quan trọng của thép

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Khả năng chịu nhiệt và chịu nhiệt là những đặc tính rất quan trọng. Một số sản phẩm kỹ thuật cơ khí hoạt động trong điều kiện rất khó khăn ở nhiệt độ cao. Các loại thép kết cấu thông thường, khi bị nung nóng, đột ngột thay đổi các tính chất cơ lý của chúng, bắt đầu tích cực oxy hóa và hình thành cáu cặn, điều này hoàn toàn không thể chấp nhận được và có thể gây ra nguy cơ hỏng hóc toàn bộ lắp ráp và có thể xảy ra tai nạn nghiêm trọng. Để làm việc ở nhiệt độ cao, các kỹ sư vật liệu, với sự giúp đỡ của các nhà luyện kim, đã tạo ra một số loại thép và hợp kim đặc biệt. Bài viết này mô tả ngắn gọn về chúng.

Thép chịu nhiệt

Nhiều người đánh đồng khái niệm nhiệt trở với một khái niệm như khả năng chịu nhiệt. Trong mọi trường hợp, điều này không nên được thực hiện. Khả năng chịu nhiệt còn được gọi là độ giòn đỏ. Và khái niệm này có nghĩa là khả năng của một kim loại (hoặc hợp kim) để giữ lạicơ tính cao khi làm việc ở nhiệt độ cao. Có nghĩa là, một kim loại như vậy, ngay cả khi bị nung nóng đến phát sáng đỏ (đặc trưng cho nhiệt độ trên 550 ° C), sẽ không bị biến dạng và vẫn giữ được độ cứng vừa đủ.

Nói một cách dễ hiểu, khả năng chịu nhiệt là khả năng vật liệu duy trì hiệu suất khi bị nung nóng đến nhiệt độ cao. Các loại thép kết cấu thông thường, ngay cả khi bị nung nóng nhẹ, trở nên dẻo, loại trừ khả năng sử dụng chúng để sản xuất các sản phẩm hoạt động ở nhiệt độ cao.

Các lớp kim loại và hợp kim khác nhau có khả năng chịu nhiệt khác nhau. Chỉ tiêu này phụ thuộc vào thành phần hóa học của vật liệu. Các bài kiểm tra khả năng chịu nhiệt có thể được thực hiện trong một thời gian dài. Nhưng thông thường, các mẫu được nung trong lò đến một nhiệt độ nhất định sẽ được kiểm tra độ bền kéo trong một khoảng thời gian ngắn.

Thép chịu nhiệt

Khả năng chịu nhiệt, ngược lại với khả năng chịu nhiệt, là khả năng vật liệu chống lại sự phát triển của quá trình ăn mòn khi làm việc ở nhiệt độ cao. Các loại thép thông thường, nếu chịu tác động của nhiệt (ngoại trừ xử lý nhiệt trong môi trường bảo vệ hoặc trong chân không), bắt đầu bị oxy hóa. Ngoài ra, với quá trình gia nhiệt kéo dài, carbon trên bề mặt của sản phẩm bắt đầu bị đốt cháy. Kết quả là, bề mặt bị cạn kiệt cacbon, dẫn đến sự thay đổi mạnh mẽ các đặc tính cơ học (chủ yếu là độ cứng) trên bề mặt. Mặc giảm sức đề kháng. Có được một sự phát triển tiêu cực như vậyhiện tượng, giống như một kẻ bắt nạt. Nhóm thép này có thể hoạt động ở nhiệt độ khoảng 550 ° C.

Để tăng khả năng chịu nhiệt của thép, thép nóng chảy được hợp kim với silicon, nhôm và crom. Đôi khi nó là đủ để tăng khả năng chịu nhiệt của bề mặt của bộ phận. Trong trường hợp này, silic hóa hoặc nhôm hóa (bão hòa lớp bề mặt với các nguyên tử silic hoặc nhôm, tương ứng) được sử dụng trong môi trường bột.

Vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao

Khi hoạt động ở nhiệt độ đặc biệt cao, các vật liệu được coi là không thể được sử dụng, vì ở nhiệt độ trong vùng 2000 ° C, sự nóng chảy bắt đầu xảy ra (một pha lỏng được giải phóng). Với những mục đích này, các kim loại chịu lửa được sử dụng: vonfram, niobi, vanadi, zirconium, v.v. Những vật liệu này khá đắt, nhưng các kỹ sư vẫn chưa tìm ra giải pháp thay thế xứng đáng cho chúng.

Đặc điểm của hợp kim dựa trên crom và niken

Hợp kim có khả năng chịu nhiệt cao đang có nhu cầu lớn trong kỹ thuật điện (cánh của tuabin hơi nước, các bộ phận của động cơ máy bay, v.v.). Hơn nữa, nhu cầu về những vật liệu đó không ngừng tăng lên. Hơn nữa, việc sản xuất đòi hỏi các nhà khoa học ngày càng phải có được những vật liệu tiên tiến hơn để có thể duy trì hoạt động của chúng ở nhiệt độ rất cao. Do đó, công việc liên tục được tiến hành để tăng khả năng chống nóng. Niken, hay đúng hơn là thép hợp kim với nguyên tố này, góp phần vào việc này.

Tất cả các loại thép chịu nhiệtđược hợp kim với niken (không ít hơn 65%). Chrome là phải. Hàm lượng của nguyên tố này không được nhỏ hơn 14%. Nếu không, bề mặt kim loại sẽ bị oxy hóa mạnh.

Thép được hợp kim bổ sung với nhôm, vanadi và các nguyên tố chịu lửa khác. Ví dụ, nhôm, ngay cả ở nhiệt độ phòng cũng được bao phủ bởi một lớp màng oxit mỏng, ngăn cản sự ăn mòn xâm nhập sâu vào kim loại. Đó là, không có quy mô nào được hình thành.