一لماذاعلبة المعالجة الحراريةيجب أن تكون مقاومة لدرجات الحرارة العالية؟
وعاء المعالجة الحرارية هو الجهاز الأساسي لحمل قطعة العمل للتدفئة والحفاظ على الحرارة والتبريد وغيرها من العمليات.مقاومة درجة الحرارة العالية تحددها الاحتياجات الأساسية والوضع الوظيفي لعملية المعالجة الحراريةالأسباب المحددة هي:
1متطلبات بيئة درجة حرارة عالية لعملية المعالجة الحرارية
يجب أن يتم إجراء العمليات الأساسية للمعالجة الحرارية (مثل التخفيف والتصليح والتعديل والتعديل وما إلى ذلك) في بيئة ذات درجة حرارة عالية ، على سبيل المثال:
درجة حرارة التدفئة للمواد الفولاذية عادة ما تكون 800 ~ 1200 درجة مئوية (مثل درجة حرارة التدفئة للفولاذ الكربوني المتوسط حوالي 840 درجة مئوية ،ودرجة حرارة التخفيف من الفولاذ السريع يمكن أن تصل إلى 1220 درجة مئوية);
درجة حرارة معالجة محلول سبائك الألومنيوم حوالي 500 ~ 600 °C.
درجات حرارة العملية في معالجة الحرارة الفراغية ، والكربوريزة ، وما إلى ذلك هي أيضًا عموماً في نطاق 500 ~ 1000 °C.
يجب أن يكون الصحن على اتصال مباشر مع فرن درجة حرارة عالية أو الوسيط. إذا لم تكن المادة مقاومة لدرجة حرارة عالية، فإنها سوف تكسيد بسرعة، ترق، تشوه أو حتى ذوبان،مما يسبب سقوط القطعة، فشل العملية أو تلف المعدات.
2متطلبات الاستقرار لأجزاء العمل
وزن قطعة العمل في درجة حرارة عالية سوف يمارس عبء مستمر على الدرج.إذا انخفضت قوة مواد الصحن بشكل كبير مع زيادة درجة الحرارة (مثل الانخفاض المفاجئ في قوة الصلب العادي فوق 400 درجة مئوية)، يمكن أن يحدث انهيار هيكلي، مما يؤدي إلى إزالة قطعة العمل أو حادث السلامة.
على سبيل المثال، في فرن المعالجة الحرارية المستمرة، تحتاج الدرج إلى التحرك ذهابا وإيابا مع الشريط الناقل لفترة طويلة.مقاومة الزحف في درجة حرارة عالية (قدرة المادة على التشوه ببطء تحت حمولة ثابتة) هي مفتاح ضمان الاستقرار.
3متطلبات مقاومة الأكسدة والتآكل
في بيئة ذات درجة حرارة عالية، والأكسجين في الهواء، وغاز الحماية في الفرن (مثل ثاني أكسيد الكربون، ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي carburizing)النفط) سوف تتفاعل كيميائيا مع مواد الصحن، مما يؤدي إلى قشر قشرة الأكسيد وتشكيل حفر التآكل.
يمكن أن يلوث قشرة أكسيد القشرة سطح قطعة العمل أو يمنع الأنابيب في الفرن ، وسوف يضعف التآكل قوة الصحن.المواد المقاومة لدرجات الحرارة العالية (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك القائمة على النيكل) عادة ما يكون لها استقرار فيلم مضاد للأكسدة أفضل ومقاومة للتآكل.
4الطلب الاقتصادي على إعادة الاستخدام
المعالجة الحرارية هي عملية دفعة، والصينية تحتاج إلى إدخال وخرجه مرارا وتكرارافرن عالية درجة الحرارةإذا لم تكن المادة مقاومة لدرجات الحرارة العالية، فإن استبدال الصناديق بشكل متكرر سيزيد من تكاليف الإنتاج (مثل وقت التوقف وتكاليف المواد الاستهلاكية).
على سبيل المثال، يمكن إزالة طبق مصنوع من الصلب الكربوني العادي بعد مئات الدورات عالية درجة الحرارة، في حين يمكن استخدام طبق من سبائك مقاوم لدرجات الحرارة العالية عشرات الآلاف من المرات،مع انخفاض التكلفة الكلية.
二ما هي الحرارة القصوى التي يمكن أن تتحملها طبق المعالجة الحرارية؟
تعتمد الحرارة القصوى التي يمكن أن تتحملها الوعاء على نوع المواد والتركيبة المحددة. نطاق درجة الحرارة للمواد الشائعة هو كما يلي:
الحالات القصوى في السيناريوهات الخاصة
الصناديق ذات درجة حرارة عالية من سبائك الطيران والفضاء: باستخدام سبائك نيكل أحادية البلور (مثل Rene N5 التي طورتها وكالة ناسا) ،التي يمكن استخدامها للخدمة قصيرة الأجل في درجات حرارة تزيد عن 1400 درجة مئوية ويتم استخدامها في المعالجة الحرارية عالية درجة الحرارة للغاية لمكونات محركات الطائراتلكن التكلفة مرتفعة جداً
الصناديق المصنوعة من مواد مركبة: مثل الهيكل العظمي المعدني + الطلاء السيراميكي (مثل طلاء ZrO2) ،يمكن أن تتحمل درجات حرارة أعلى من 1500 درجة مئوية من خلال تصميم المنحدر وتستخدم في ظروف العمل القاسية (مثل معالجة المواد النووية).
三عوامل أخرى تؤثر علىمقاومة درجات الحرارة العالية للصناديق
معدل التدفئة ووقت العزل:
التسخين السريع (مثل التسخين أكثر من 50 درجة مئوية في الدقيقة الواحدة) يزيد من الإجهاد الحراري للمادة وقد يسبب الشقوق.العزل الطويل الأمد (مثل الاستخدام المستمر لأكثر من 10 ساعات) سوف يسرع الزحف المادي.
الغلاف الجوي
تخفيض الغلاف الجوي (مثل H2) ، الغلاف الجوي carburizing (مثل CO) أو الغلاف الجوي الذي يحتوي على الكبريت سوف يقلل من مقاومة درجة الحرارة الفعلية للصحن. على سبيل المثال،يمكن انكونيل 601 تحمل 1250 درجة مئوية في الأكسجين النقي، ولكن قد تنخفض إلى أقل من 1100 درجة مئوية في الغلاف الجوي الذي يحتوي على الكبريت.
حالة السطح
إذا كان هناك تراكم للزيت والقشرة على سطح الدرج، فإن النقاط الساخنة المحلية سوف تتشكل، مما يسرع تدهور المادة. يمكن أن يزيد تنظيف السطح بانتظام من عمر الخدمة.
4كيفية اختياروعاء مقاوم لدرجات الحرارة العالية?
مقارنة المواد وفقا لدرجة حرارة العملية:
إذا كانت درجة حرارة العملية ≤1000 درجة مئوية، فيمكن اختيار فولاذ المقاوم للصدأ 310S.
إذا كانت درجة الحرارة 1000 ~ 1300 °C ، يفضل سبائك على أساس النيكل (مثل Inconel 601) أو سبائك الحديد والكروم والألومنيوم.
سيناريوهات درجات الحرارة العالية للغاية (> 1300 درجة مئوية) تتطلب السيراميك أو الجرافيت أو المواد المركبة.
النظر في عدد الدورات والحملات:
تتطلب سيناريوهات الحمل العالي وتردد الدورة العالية (مثل خطوط الإنتاج المستمرة) مواد ذات قوة الزحف العالية (مثل Inconel 718).
التركيز على أداء التكاليف وتكلفة الصيانة:
الصناديق السيراميكية لها تكاليف أولية مرتفعة ، ولكنها تمتلك عمرًا طويلًا ولا تتطلب صيانة متكررة ؛ الصناديق المعدنية لديها تكاليف أقل ، لكنها تتطلب عمليات تفتيش منتظمة للتأكسد والتشوه.
من التحليل المذكور أعلاه ، يمكن أن نرى أن مقاومة درجات الحرارة العالية هي الأداء الأساسي للصناديق المعالجة الحرارية ،وتحدد درجة حرارة الحد من خلال التصميم العلمي للمادةفي التطبيقات العملية ، من الضروري اختيار شروط العملية والاقتصاد والموثوقية بشكل شامل.
一لماذاعلبة المعالجة الحراريةيجب أن تكون مقاومة لدرجات الحرارة العالية؟
وعاء المعالجة الحرارية هو الجهاز الأساسي لحمل قطعة العمل للتدفئة والحفاظ على الحرارة والتبريد وغيرها من العمليات.مقاومة درجة الحرارة العالية تحددها الاحتياجات الأساسية والوضع الوظيفي لعملية المعالجة الحراريةالأسباب المحددة هي:
1متطلبات بيئة درجة حرارة عالية لعملية المعالجة الحرارية
يجب أن يتم إجراء العمليات الأساسية للمعالجة الحرارية (مثل التخفيف والتصليح والتعديل والتعديل وما إلى ذلك) في بيئة ذات درجة حرارة عالية ، على سبيل المثال:
درجة حرارة التدفئة للمواد الفولاذية عادة ما تكون 800 ~ 1200 درجة مئوية (مثل درجة حرارة التدفئة للفولاذ الكربوني المتوسط حوالي 840 درجة مئوية ،ودرجة حرارة التخفيف من الفولاذ السريع يمكن أن تصل إلى 1220 درجة مئوية);
درجة حرارة معالجة محلول سبائك الألومنيوم حوالي 500 ~ 600 °C.
درجات حرارة العملية في معالجة الحرارة الفراغية ، والكربوريزة ، وما إلى ذلك هي أيضًا عموماً في نطاق 500 ~ 1000 °C.
يجب أن يكون الصحن على اتصال مباشر مع فرن درجة حرارة عالية أو الوسيط. إذا لم تكن المادة مقاومة لدرجة حرارة عالية، فإنها سوف تكسيد بسرعة، ترق، تشوه أو حتى ذوبان،مما يسبب سقوط القطعة، فشل العملية أو تلف المعدات.
2متطلبات الاستقرار لأجزاء العمل
وزن قطعة العمل في درجة حرارة عالية سوف يمارس عبء مستمر على الدرج.إذا انخفضت قوة مواد الصحن بشكل كبير مع زيادة درجة الحرارة (مثل الانخفاض المفاجئ في قوة الصلب العادي فوق 400 درجة مئوية)، يمكن أن يحدث انهيار هيكلي، مما يؤدي إلى إزالة قطعة العمل أو حادث السلامة.
على سبيل المثال، في فرن المعالجة الحرارية المستمرة، تحتاج الدرج إلى التحرك ذهابا وإيابا مع الشريط الناقل لفترة طويلة.مقاومة الزحف في درجة حرارة عالية (قدرة المادة على التشوه ببطء تحت حمولة ثابتة) هي مفتاح ضمان الاستقرار.
3متطلبات مقاومة الأكسدة والتآكل
في بيئة ذات درجة حرارة عالية، والأكسجين في الهواء، وغاز الحماية في الفرن (مثل ثاني أكسيد الكربون، ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي carburizing)النفط) سوف تتفاعل كيميائيا مع مواد الصحن، مما يؤدي إلى قشر قشرة الأكسيد وتشكيل حفر التآكل.
يمكن أن يلوث قشرة أكسيد القشرة سطح قطعة العمل أو يمنع الأنابيب في الفرن ، وسوف يضعف التآكل قوة الصحن.المواد المقاومة لدرجات الحرارة العالية (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك القائمة على النيكل) عادة ما يكون لها استقرار فيلم مضاد للأكسدة أفضل ومقاومة للتآكل.
4الطلب الاقتصادي على إعادة الاستخدام
المعالجة الحرارية هي عملية دفعة، والصينية تحتاج إلى إدخال وخرجه مرارا وتكرارافرن عالية درجة الحرارةإذا لم تكن المادة مقاومة لدرجات الحرارة العالية، فإن استبدال الصناديق بشكل متكرر سيزيد من تكاليف الإنتاج (مثل وقت التوقف وتكاليف المواد الاستهلاكية).
على سبيل المثال، يمكن إزالة طبق مصنوع من الصلب الكربوني العادي بعد مئات الدورات عالية درجة الحرارة، في حين يمكن استخدام طبق من سبائك مقاوم لدرجات الحرارة العالية عشرات الآلاف من المرات،مع انخفاض التكلفة الكلية.
二ما هي الحرارة القصوى التي يمكن أن تتحملها طبق المعالجة الحرارية؟
تعتمد الحرارة القصوى التي يمكن أن تتحملها الوعاء على نوع المواد والتركيبة المحددة. نطاق درجة الحرارة للمواد الشائعة هو كما يلي:
الحالات القصوى في السيناريوهات الخاصة
الصناديق ذات درجة حرارة عالية من سبائك الطيران والفضاء: باستخدام سبائك نيكل أحادية البلور (مثل Rene N5 التي طورتها وكالة ناسا) ،التي يمكن استخدامها للخدمة قصيرة الأجل في درجات حرارة تزيد عن 1400 درجة مئوية ويتم استخدامها في المعالجة الحرارية عالية درجة الحرارة للغاية لمكونات محركات الطائراتلكن التكلفة مرتفعة جداً
الصناديق المصنوعة من مواد مركبة: مثل الهيكل العظمي المعدني + الطلاء السيراميكي (مثل طلاء ZrO2) ،يمكن أن تتحمل درجات حرارة أعلى من 1500 درجة مئوية من خلال تصميم المنحدر وتستخدم في ظروف العمل القاسية (مثل معالجة المواد النووية).
三عوامل أخرى تؤثر علىمقاومة درجات الحرارة العالية للصناديق
معدل التدفئة ووقت العزل:
التسخين السريع (مثل التسخين أكثر من 50 درجة مئوية في الدقيقة الواحدة) يزيد من الإجهاد الحراري للمادة وقد يسبب الشقوق.العزل الطويل الأمد (مثل الاستخدام المستمر لأكثر من 10 ساعات) سوف يسرع الزحف المادي.
الغلاف الجوي
تخفيض الغلاف الجوي (مثل H2) ، الغلاف الجوي carburizing (مثل CO) أو الغلاف الجوي الذي يحتوي على الكبريت سوف يقلل من مقاومة درجة الحرارة الفعلية للصحن. على سبيل المثال،يمكن انكونيل 601 تحمل 1250 درجة مئوية في الأكسجين النقي، ولكن قد تنخفض إلى أقل من 1100 درجة مئوية في الغلاف الجوي الذي يحتوي على الكبريت.
حالة السطح
إذا كان هناك تراكم للزيت والقشرة على سطح الدرج، فإن النقاط الساخنة المحلية سوف تتشكل، مما يسرع تدهور المادة. يمكن أن يزيد تنظيف السطح بانتظام من عمر الخدمة.
4كيفية اختياروعاء مقاوم لدرجات الحرارة العالية?
مقارنة المواد وفقا لدرجة حرارة العملية:
إذا كانت درجة حرارة العملية ≤1000 درجة مئوية، فيمكن اختيار فولاذ المقاوم للصدأ 310S.
إذا كانت درجة الحرارة 1000 ~ 1300 °C ، يفضل سبائك على أساس النيكل (مثل Inconel 601) أو سبائك الحديد والكروم والألومنيوم.
سيناريوهات درجات الحرارة العالية للغاية (> 1300 درجة مئوية) تتطلب السيراميك أو الجرافيت أو المواد المركبة.
النظر في عدد الدورات والحملات:
تتطلب سيناريوهات الحمل العالي وتردد الدورة العالية (مثل خطوط الإنتاج المستمرة) مواد ذات قوة الزحف العالية (مثل Inconel 718).
التركيز على أداء التكاليف وتكلفة الصيانة:
الصناديق السيراميكية لها تكاليف أولية مرتفعة ، ولكنها تمتلك عمرًا طويلًا ولا تتطلب صيانة متكررة ؛ الصناديق المعدنية لديها تكاليف أقل ، لكنها تتطلب عمليات تفتيش منتظمة للتأكسد والتشوه.
من التحليل المذكور أعلاه ، يمكن أن نرى أن مقاومة درجات الحرارة العالية هي الأداء الأساسي للصناديق المعالجة الحرارية ،وتحدد درجة حرارة الحد من خلال التصميم العلمي للمادةفي التطبيقات العملية ، من الضروري اختيار شروط العملية والاقتصاد والموثوقية بشكل شامل.
