ما هو الحديد الزهر المقاوم للحرارة؟

الحديد الزهر المقاوم للحرارة هو نوع من مواد الحديد الزهر المصممة خصيصًا للتشغيل على المدى الطويل في بيئات درجة الحرارة العالية (عادةً أعلى من 600 درجة مئوية) والحفاظ على أداء جيد. على عكس الحديد الزهر العادي ، يمكن أن يقاوم بشكل فعال:

الأكسدة (تقشير): في جو آكسد درجة حرارة عالية (مثل الهواء) ، يتم تشكيل فيلم أكسيد كثيف ومستقر وذات لاصق للغاية (مثل Sio ₂ ، al ₂ o ∝ ، cr ₂ o ∝) على السطح لمنع الأكسجين من الاستمرار في الانتشار وتصوير الداخلية.

النمو: هذا هو الضعف المميت للحديد الزهر العادي في درجات حرارة عالية. أثناء التدفئة المتكررة والتبريد ، فإن عوامل مثل الأكسدة الداخلية (تسلل الأكسجين على طول صفائح الجرافيت أو حدود الحبوب) ، والجرافيت (تحلل الأسمنت إلى الجرافيت) ، أو تحويل الطور (التحول في الفريت\/أوستنيت) ، وما إلى ذلك. الحديد الزهر المقاوم للحرارة يقمع بشكل كبير ظاهرة "النمو" من خلال صناعة السبائك والتحكم في البنية المجهرية.

مفتاح آلية مقاومة الحرارة
عناصر السبائك: يتم تحقيق مقاومة الحرارة بشكل أساسي عن طريق إضافة عناصر مثل السيليكون (SI) ، والكروم (CR) ، والألمنيوم (AL) ، إلخ.

Silicon (Si): It is the lowest cost and most widely used heat-resistant element. High silicon cast iron (>5 ٪ SI) يشكل فيلمًا وقائيًا كثيفًا على سطحه. يمكن أن يزيد السيليكون من نقطة انتقال الطور ، ويقلل من إجهاد انتقال الطور ، وتثبيت مصفوفة الفريت (يحتوي الفريت على مقاومة حرارة أفضل من بيرليت\/الأسمنت).

Chromium (Cr): forms a very stable Cr ₂ O ∝ protective film with excellent oxidation resistance. Chromium can significantly improve high-temperature strength and hardness, stabilize carbides (but excessive carbides may affect thermal conductivity and thermal shock resistance). High chromium cast iron (>15 ٪ كر) لديه مقاومة للحرارة ممتازة.

الألومنيوم (AL): يشكل فيلمًا وقائيًا كثيفًا وقويًا ، مع مقاومة أكسدة ممتازة. الألومنيوم هو أيضا عنصر تشكيل الفريت القوي. يحتوي الحديد المصبوب من الألومينا العالي على مقاومة للحرارة ، لكن خصائص الصب والمعالجة الميكانيكية سيئة.

النيكل (NI): يستخدم بشكل أساسي في الحديد الزهر المقاوم للحرارة (مثل سلسلة مقاومة NI) لتحسين قوة درجة الحرارة العالية ، والمتانة ، ومقاومة التعب الحراري ، ومقاومة التآكل ، ولتحقيق بنية أوستنيكية.

مورفولوجيا الجرافيت: الجرافيت الكروي (الحديد الزهر العقيدي) له قوة ومتانة أعلى من الجرافيت الفاخرة (الحديد الزهر الرمادي) ، ويتم عزل الجرافيت وتوزيعه ، مما يقلل من قنوات الأكسجين لاختراقها من خلال رقائق الجرافيت وتحسين مقاومة النمو بشكل كبير. لذلك ، فإن تطبيق الحديد الدكتايل المقاوم للحرارة يتجاوز الكثير من الحديد الزهر الرمادي المقاوم للحرارة.

هيكل المصفوفة: مصفوفة الفريت هي بنية المصفوفة الأكثر استخدامًا للحديد الزهر المقاوم للحرارة بسبب نقص تحول الطور (أو درجة حرارة تحول الطور العالية) أثناء التدفئة والتبريد ، وتغيير حجم صغير ، ومقاومة نمو جيدة. المصفوفة الأوستنيتية مستقرة في درجات حرارة عالية وتتمتع أيضًا بمقاومة نمو جيدة وقوة ذات درجة حرارة عالية.

الأنواع الرئيسية (المصنفة من قبل عناصر ومعايير السبائك)
ارتفاع الحديد الزهر المقاوم للحرارة من السيليكون: مثل RTSI5 (≈ 5 ٪ SI) ، RQTSI5 (الحديد الدكتايل). التكلفة المنخفضة ومضادات الأكسدة الجيدة ومقاومة النمو أقل من 900 درجة.

الحديد الزهر المقاوم للحرارة من الألومنيوم السيليكون: مثل RQTSI4AL1 (الحديد الدكتايل ، ≈ 4 ٪ Si +1 ٪ AL). تؤدي إضافة الألومنيوم إلى تحسين كثافة الفيلم الواقي ، ويمكن أن تصل درجة الحرارة المقاومة للحرارة إلى 950-1050 C.

الحديد الزهر المقاوم للحرارة من الألومنيوم: مثل RQTAI4SI4 (الحديد الدكتلي ، ≈ 4 ٪ al +4 ٪ SI) ، RTAI5SI5 (الحديد الرمادي). يمكن أن تصل درجة حرارة مقاومة الحرارة إلى أكثر من 1100 درجة مئوية ، لكن أداء الصب والمعالجة ضعيف.

عالية من الحديد الزهر المقاوم للحرارة: مثل RQTCR16 (الحديد الدكتايل ، ≈ 16 ٪ كر) ، RTCR16 (الحديد الرمادي). تشكيل فيلم الحماية CR ₂ O ∝ ، له مقاومة ممتازة للأكسدة ، وقوة درجة الحرارة العالية ، ويمكن أن يقاوم درجات الحرارة حتى 900-1100 درجة C. كما أن لديها مقاومة جيدة للارتداء.

الحديد الزهر المقاوم للحرارة القائم على النيكل: مثل d -5 s (ni rise d -5 s ، يحتوي على ni ، cr ، cu ، إلخ). تتمتع المصفوفة الأوستنيتية بقوة ممتازة عالية في درجة الحرارة ، والصلابة ، ومقاومة التعب الحراري ، ومقاومة التآكل ، مع درجة حرارة مقاومة الحرارة تزيد عن 950 درجة.

مجالات التطبيق الرئيسية
يستخدم الحديد الزهر المقاوم للحرارة على نطاق واسع في مكونات المعدات الصناعية التي تتطلب مقاومة عالية في درجة الحرارة ، مثل:

فرن التدفئة وفرن المعالجة الحرارية: لوحة أسفل الفرن ، بار الفرن ، الدليل المرشد ، خزان الخفاش ، سلة مواد ، بوتقة ، أنبوب الإشعاع ، إطار باب الفرن.

مكونات الغلاية: صر ، فوهة الموقد ، قطع غيار الحرارة.

الصناعات الكيميائية والبتروكيماوية: تدعم أنابيب التكسير ، أنابيب التحويل ، مكونات صمام درجة الحرارة العالية.

فرن الأسمنت: لوحة صر ، لوحة بطانة.

صناعة التصنيع الزجاجية: علب الصلب ، القوالب.

المحرقة: صر ، صينية الرماد.

مزايا وعيوب
ميزة:

مقاومة أكسدة عالية درجة الحرارة ومقاومة النمو.

بالمقارنة مع الصلب المقاوم للحرارة ، تكون التكلفة أقل.

أداء جيد الصب ، قادر على تصنيع قطع الغيار بأشكال معقدة.

مستوى معين من مقاومة التآكل ومقاومة التآكل (خاصة لأنواع الكروم العالية).

مقاومة صدمة حرارية جيدة (بعض الأنواع).

عيوب:

عادة ما تكون القوة واللدونة والصلابة في درجة حرارة الغرفة أقل من تلك الموجودة في الصلب المقاوم للحرارة.

بعض أنواع السبائك العالية ، مثل الحديد المصبوب من الألومينا العالي ، لها خصائص سوء الصب والمعالجة الميكانيكية.

عادة ما تكون قوة درجة الحرارة العالية (وخاصة قوة الزحف) أقل من قوة الفولاذ المقاومة للحرارة عالية الجودة وسبائك درجات الحرارة العالية.

لخص
يمكن للحديد الزهر المقاوم للحرارة أن يقاوم بشكل فعال الأكسدة وتلف "النمو" في الأجواء المؤكسدة عالية الحرارة عن طريق إضافة عناصر سبائك محددة (بشكل رئيسي SI ، CR ، AL) والتحكم في مورفولوجيا الجرافيت (يفضل كروية) وهيكل المصفوفة (يفضل أن يكون الفيريت أو أوستنيت). إنه اختيار مواد اقتصادية وموثوقة لتصنيع مكونات درجات الحرارة العالية مثل الأفران الصناعية والغلايات والمعدات الكيميائية في نطاق درجة الحرارة من 600 درجة مئوية إلى 1100 درجة C. وفقًا لدرجة حرارة العمل المحددة ، والجو ، وظروف الإجهاد ، ومتطلبات التكلفة ، والأنواع المختلفة من الحديد الزهر المقاوم للحرارة (السيليكون العالي ، والألومين السيليكون العالي ، والموثوقة ، وما إلى ذلك.