فلزات پرکاربرد در دمای بالا را بشناسید

به گزارش می‌متالز، اگر شما هم بر روی پروژه‌هایی در محیطی با دمای بالا کار می‌کنید، واضح است که انتخاب آلیاژ‌های فلزی با نقطه ذوب بالا یک الزام مطلق است. با این حال، منظور از شرایط دمایی شدید در مشاغل مختلف متفاوت است و همین امر ممکن است خرید محصولی که مقاومت حرارتی مناسبی عرضه می‌کند را کمی گیج کننده کند.

یک آلیاژ فلزی مقاوم در برابر حرارت که در یک زمینه به خوبی عملکرد مناسب را نمایش می‌دهد، ممکن است نتواند در شرایط محیطی دیگری در برابر دما‌های شدید البته با درجه حرارت متفاوت از خود مقاومت نشان دهد.

از این رو ضروری است مقاوم‌ترین فلزات موجود را بشناسیم، همچنین با بررسی اجزا و خواص مقاوم‌ترین فلزات برای کاربرد در دمای بالا از کارآیی و متناسب بودن فولاد با کاربرد‌های مختلف آن آشنا شویم.

عامل مقاومت یک آلیاژ در برابر حرارت چیست؟

برای اینکه بگوییم یک آلیاژ فلزی برای کاربرد‌های مقاومت در برابر حرارت مناسب است، معمولاً به عملکرد ثابت در دمای بیش از ۶۴۹ درجه سانتی‌گراد (۱۲۰۰ درجه فارنهایت) نیاز دارد. همچنین آلیاژ‌هایی با سطوح عملکرد بالای مقاومت در برابر اکسیداسیون، استحکام خزشی، عمر گسیختگی تنشی و استحکام کششی به ایجاد خواص مقاومت در برابر حرارت کمک می‌کنند.

اکثر آلیاژ‌های مقاوم یا همان فلزات برای کاربرد در دمای بالا شامل برخی یا همه عناصر زیر هستند:

• کروم (Cr)
  
  
• نیکل (Ni)
  
  
• کبالت (Co)
  
  
• مولیبدن (Mo)
  
  
• تیتانیوم (Ti)

لازم به ذکر است که علاوه بر آلیاژکاری، فولاد مقاوم در برابر حرارت، با انجام فرایند‌های عملیات حرارتی، پیرسختی و استحکام‌بخشی به وسیله محلول جامد تقویت می‌شود.

آلیاژ‌های مقاوم در برابر حرارت را می‌توان بر اساس محیط عملیاتی آن‌ها به سه سطح مختلف زیر تقسیم کرد:

• مقدار کمی استرس گرمایی (ثانیه تا دقیقه)
  
  
• سطوح متوسط استرس گرمایی (ساعت‌ها یا صد‌ها ساعت)
  
  
• استرس گرمایی طولانی مدت (هزاران ساعت)
  
  
• فداکاری برای ایجاد مقاومت حرارتی!

بسته به نوع آلیاژ فلزی، خواص عملکردی اضافی ممکن است برای به دست آوردن ویژگی‌های مقاومت حرارتی قربانی شوند. از جمله خواصی که برای بدست آوردن مقاومت حرارتی مورد معاوضه قرار می‌گیرند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• قابلیت جوشکاری
  
  
• انبساط حرارتی
  
  
• خزش (کشش فلزی)
  
  
• مقاومت گسیختگی
  
  
• خستگی حرارتی
  
  
• اکسیداسیون و خوردگی

عملکرد در محیط خلاء/ قرار گرفتن در معرض جو‌های دیگر

۱) تیتانیوم (Ti): این فلز اغلب به دلیل وجود سوراخ‌های متخلخلی که در فرایند تشکیل در ساختار و روی سطح آن به وجود می‌آید، به عنوان یک “اسفنج” توصیف می‌شود. آلیاژ‌های تیتانیوم مقاومت در برابر خوردگی بالایی دارند، بسیار سخت هستند، می‌توانند در برابر دما‌های بالا مقاومت کنند و نسبت استحکام کششی به وزن بالایی دارند. آلیاژ‌های تیتانیوم به راحتی ساخته شده و قابل جوش هستند و در کاربرد‌های صنعتی چالش‌برانگیز بسیار راهگشا هستند.

۲) تنگستن (W): یک فلز نسوز با رنگ فولادی- خاکستری یا نقره‌ای-سفید که مقاومت در برابر حرارت بالایی را فراهم می‌کند و می‌تواند به عنوان یک فلز پایه برای ساخت آلیاژ، یا به عنوان یک عنصر پشتیبان استفاده شود.

۳) فولاد ضدزنگ: خانواده‌ای از آلیاژ‌ها که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و حفظ کارآیی در دما‌های بالا شناخته می‌شوند. فولاد ضد زنگ آلیاژی مبتنی بر آهن است که حاوی ٪۱۰.۵ یا بیشتر کروم و عناصر دیگری مانند نیکل و مولیبدن است. صنایع هوافضا، خودروسازی و ساختمان‌سازی از فولاد ضدزنگ برای ایجاد قطعات خاص مانند مخازن تحت فشار یا دیگ‌های بخار استفاده می‌کنند.

۴) نیوبیم (Nb): که قبلاً کلمبیوم (Cb) نامیده می‌شد، در آلیاژ‌های فولادی استفاده می‌شود و دارای ویژگی‌های سختی مشابه تیتانیوم و خواص شکل‌پذیری مشابه آهن است. این فلز برای دست‌یابی به مقاومت بهتر در برابر گرما معمولاً با تنگستن آلیاژ می‌شود. نیوبیوم معمولاً در تجهیزات جراحی و همچنین موتور‌های جت و توربین‌های هواپیما بکار برده می‌شود.

۵) مولیبدن (Mo): مولیبدن اغلب در آلیاژ‌های فولادی از جمله فولاد ضد زنگ استفاده می‌شود. استفاده از این عنصر در آلیاژ‌های فولادی استحکام، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش و دما‌های بالا را افزایش می‌دهد. انعطاف‌پذیری و نرمی مولیبدن آن را برای ماشین‌آلات تخصصی و کاربرد‌های نظامی ایده‌آل می‌کند.

۶) نیکل (Ni): نیکل دارای استحکام مناسبی است، در عین حال چکش‌خوار و انعطاف‌پذیر است و مقاومت استثنایی در برابر اکسیداسیون و خوردگی از خود نشان می‌دهد. نیکل اغلب در آلیاژ‌های فولاد ضد زنگ برای استحکام بیشتر بکار برده می‌شود. جهت مشاهده قیمت نیکل می‌توانید به صفحه اشاره شده در فولادینو مراجعه کنید.

۷) تانتالیوم (Ta): تانتالیوم دارای چگالی بالا، نقطه ذوب بالا و مقاومت اسیدی است. این عنصر یک لایه اکسید شده روی سطح خود دارد که مقاومت در برابر خوردگی را حاصل می‌کند. این فلز اغلب با فلزات دیگر ترکیب می‌شود تا سوپرآلیاژ تولید کند.

ملاحظات نهایی خرید فلزات برای کاربرد در دمای بالا

همانطور که پیش‌تر ذکر شده برای تأمین خواص مقاومت حرارتی، گاهی برخی از خواص دیگر فدا می‌شوند. معاوضه‌های فهرست شده قبلی بسیاری از عوامل مهم را برای در نظر گرفتن هنگام انتخاب آلیاژ مدنظر نشان می‌دهد. هزینه نهایی و در دسترس بودن آلیاژ نیز ممکن است از جمله عوامل دیگری باشند که باید لحاظ کنید.

همچنین مهم است که اطلاعات فنی یک آلیاژ را قبل از تصمیم به استفاده در محیط با دمای بالا بررسی کنید. اما نکته حائز اهمیت این است که شما نباید فلزات خود را صرفاً بر اساس حداکثر دمای عملیاتی انتخاب کنید. در نظر گرفتن ویژگی‌های دیگری نظیر:

• مقاومت در برابر اکسیداسیون
  
  
• مقاومت در برابر خوردگی گرم
  
  
• پایداری متالورژیکی مواد
  
  
• خواص مکانیکی در دما‌های مختلف

از جمله موارد مهم دیگری هستند که هنگام انتخاب آلیاژ متناسب با کاربرد خود باید در نظر بگیرید. برخی از آلیاژ‌هایی که برای کار در دما‌های بالا ساخته شده‌اند دارای خواص جالبی هستند. به عنوان مثال، کاربید تیتانیوم بالاترین نقطه ذوب را در بین تمام فلزات با دمای ۳۱۰۰ درجه سانتی‌گراد دارد.

کاربرد فلزات مقاوم در برابر حرارت در کدام صنایع است؟

فلزات مقاوم در برابر حرارت در بسیاری از صنایع مختلف یافت می‌شوند از جمله:

• صنعت خودروسازی
  
  
• صنعت هوافضا
  
  
• صنایع هواپیمایی
  
  
• تولید سرامیک
  
  
• صنایع شیمیایی
  
  
• ساخت و ساز
  
  
• ساخت و بهبود لوازم الکترونیکی
  
  
• صنعت شیشه
  
  
• ماشین‌آلات
  
  
• صنایع نظامی
  
  
• صنعت پتروشیمی

بسیاری از محصولات ضروری در صنایع مذکور از جمله دیگ‌های بخار، ساطع‌کننده‌های الکترون، موتور‌های جت، راکتور‌های هسته‌ای و پره‌های توربین، با استفاده از فلزات مقاوم در برابر حرارت تولید می‌شوند.

منبع: پایگاه خبری - تحلیلی ایراسین