ویژگی فولادهای ریختگی مقاوم به حرارت
- مقاومت در برابر دماهای بالا: این فولادها قادرند بدون تغییر شکل یا تضعیف خواص مکانیکی در دماهای بالا (بیش از 500 درجه سانتی‌گراد) کار کنند.
- مقاومت به اکسیداسیون و خوردگی: به دلیل حضور عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل، مولیبدن و سیلیسیم، این فولادها دارای مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون و خوردگی ناشی از گازها و مواد شیمیایی در دماهای بالا هستند.
- استحکام بالا: فولادهای مقاوم به حرارت علاوه بر مقاومت حرارتی، استحکام مکانیکی خوبی در برابر بارهای استاتیک و دینامیک از خود نشان می‌دهند.
- هزینه : به دلیل استفاده از عناصر آلیاژی خاص و فرایندهای پیشرفته عملیات حرارتی برای بهبود خواص مکانیکی و حرارتی، فولاد عملیات حرارتی قیمت بالاتری نسبت به فولادهای معمولی دارد. به عنوان مثال، فرآیندهای سخت‌کاری و بازپخت که برای افزایش مقاومت به سایش و استحکام فولاد انجام می‌شوند، هزینه‌های تولید را افزایش می‌دهند. با این حال، در صنایع حساس به حرارت که نیاز به مواد با دوام و قابل اعتماد دارند، سرمایه‌گذاری در این نوع فولادها از نظر اقتصادی منطقی است، چرا که هزینه‌های تعمیر و نگهداری را در طول زمان کاهش می‌دهد.
انواع فولادهای مقاوم به حرارت
فولادهای مقاوم به حرارت بر اساس ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند:- فولادهای آستنیتی مقاوم به حرارت:
- این فولادها دارای درصد بالای کروم و نیکل هستند.
- مقاومت به خوردگی بسیار خوب در محیط‌های اکسیدکننده و کربنیزاسیون دارند.
- استحکام بالا و مقاومت به خزش در دماهای بالا.
- از جمله فولادهای این دسته می‌توان به فولادهای 304و 310و 316و 321 اشاره نمود. ( برای اطلاعات بیشتر می توانید به مقاله استیل 304 چیست مراجعه کنید. )
- فولادهای فریتی مقاوم به حرارت:
- این فولادها درصد کمتری از نیکل دارند و عمدتاً بر پایه کروم هستند.
- مقاومت خوبی در برابر خوردگی و اکسیداسیون در دماهای بالا دارند.
- استحکام نسبتاً پایین‌تری نسبت به فولادهای آستنیتی دارند اما مقاومت بالایی در برابر شوک‌های حرارتی نشان می‌دهند.
- از جمله این فولادها می‌توان به فولادهای 409و 405و 430و 442 اشاره نمود .
معرفی فلزات مقاوم به حرارت
فلزات مقاوم به حرارت دارای خصوصیات منحصربه‌فردی هستند که آنها را برای کاربردهای صنعتی در محیط‌های با دمای بالا مناسب می‌کند. یکی از ویژگی‌های مهم این فلزات، مقاومت در برابر گازها، اکسیدهای کربن، بخار آب و گازهای گوگرد دار است. در ادامه به بررسی مهم‌ترین فلزات مقاوم به حرارت و ویژگی‌های آنها می‌پردازیم. 1. نیکل نیکل به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت و استحکام مکانیکی، یکی از مهم‌ترین فلزات مقاوم به حرارت و ترک محسوب می‌شود. این فلز علاوه بر ثبات سطحی، به‌طور گسترده در تولید سوپرآلیاژها و ترکیباتی که در دماهای بالا کار می‌کنند، به‌کار می‌رود. همچنین در توربین‌های گازی، موتورهای جت و صنایع نفت و گاز کاربرد دارد.
2. استیل (فولاد ضدزنگ)
استنلس استیل یا فولاد ضدزنگ به‌طور خاص برای مقاومت در برابر خوردگی و حرارت طراحی شده است. این آلیاژ که معمولاً با کروم، نیکل و مولیبدن ترکیب می‌شود، در صنایع ساختمانی، تولید لوازم خانگی و تجهیزات صنعتی استفاده می‌شود. این آلیاژ به دلیل پایداری در دماهای بالا و سهولت در نگهداری بسیار محبوب است.
3. تیتانیوم
تیتانیوم به دلیل مقاومت عالی در برابر حرارت، خوردگی و خستگی، به‌ویژه در صنایع دریایی و نظامی کاربرد دارد. این فلز سبک و مقاوم است و از آن برای ساخت کشتی‌ها، زیردریایی‌ها و هواپیماها استفاده می‌شود. تیتانیوم علاوه بر مقاومت به حرارت، استحکام خوبی نیز در دماهای پایین‌تر دارد.
4. کروم
کروم فلزی سخت و شکننده است که به دلیل مقاومت به حرارت و خوردگی به عنوان یک عنصر آلیاژی در تولید فولادهای مقاوم به حرارت استفاده می‌شود. کروم به‌طور گسترده در صنایع خودروسازی، انرژی و صنایع ساخت‌وساز به کار می‌رود. این فلز علاوه بر خواص مکانیکی، به آلیاژها استحکام و دوام بالایی در محیط‌های حرارتی می‌بخشد.
5. کلمبیوم (نیوبیم)
کلمبیوم که با نام نیوبیم نیز شناخته می‌شود، فلزی سبک و مقاوم به حرارت است که به دلیل چگالی کم و انعطاف‌پذیری بالا در صنایع فولادسازی و پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فلز به عنوان آلیاژ در فولادهای مقاوم به حرارت استفاده می‌شود و به دلیل وزن سبک و مقاومت به خوردگی در ابزارهای جراحی و تجهیزات پزشکی نیز کاربرد دارد.
6. مولیبدن
مولیبدن فلزی مقاوم به حرارت و مقرون به صرفه است که در دماهای بالا مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهد. این فلز انعطاف‌پذیر بوده و به عنوان آلیاژ در فولاد استفاده می‌شود تا فولاد را در دماهای بالا مستحکم‌تر و مقاوم‌تر کند. مولیبدن در تولید قطعات صنعتی با دمای کاری بالا و در صنایع نفت و گاز و نیروگاه‌ها کاربرد دارد.
7. تانتالیوم
تانتالیوم یکی از فلزات نسوز است که در تولید سوپرآلیاژها به کار می‌رود. این فلز به دلیل مقاومت بالایی که در برابر خوردگی دارد، در صنایع شیمیایی و کارخانه‌های فرآوری شیمیایی استفاده می‌شود. همچنین در تولید تجهیزات الکتریکی حساس به حرارت، تانتالیوم به دلیل خواص اکسیداسیونی خود کاربرد گسترده‌ای دارد.
8. تنگستن
تنگستن دارای بالاترین نقطه ذوب در میان تمامی فلزات مقاوم به حرارت است و در دماهای بسیار بالا (تا 1650 درجه سانتی‌گراد) استحکام کششی خود را حفظ می‌کند. این فلز به دلیل ضریب انبساط حرارتی پایین و استحکام بالا در تولید تجهیزات با دمای بسیار بالا مانند المنت‌های حرارتی، الکترودهای جوشکاری بخصوص روش TIG و تولید سوپرآلیاژها به کار می‌رود. با این حال، به دلیل شکنندگی بالا، تنگستن به تنهایی مورد استفاده قرار نمی‌گیرد و معمولاً به عنوان آلیاژ با سایر فلزات ترکیب می‌شود.
مزایای استفاده از فولادهای مقاوم به حرارت
- دوام و طول عمر بالا: این فولادها در برابر حرارت و خوردگی مقاوم‌اند، بنابراین طول عمر قطعات ساخته شده از آنها بسیار بیشتر از سایر مواد است.
- کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری: به دلیل پایداری و مقاومت بالا، نیاز به تعمیرات و نگهداری کمتری دارند که در صنایع بزرگ منجر به کاهش هزینه‌های عملیاتی می‌شود.
- کاربردهای چندمنظوره: این فولادها به دلیل خواص ویژه‌شان در محیط‌های مختلفی قابل استفاده هستند.
استانداردهای رایج فولادهای مقاوم به حرارت
فولادهای مقاوم به حرارت مطابق با استانداردهای مختلفی تولید می‌شوند که از مهم‌ترین آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:- ASTM A297: استاندارد برای فولادهای ریختگی مقاوم به حرارت و خوردگی.
- ASTM A351: شامل فولادهای آستنیتی ریختگی مقاوم به حرارت.
- DIN 17445: استاندارد آلمانی برای فولادهای مقاوم به حرارت.
- EN 10295: استاندارد اروپایی که مشخصات فنی فولادهای ریختگی مقاوم به حرارت را پوشش می‌دهد.
کاربردهای فولادهای مقاوم به حرارت
- صنایع پتروشیمی و نفت و گاز: در ساخت تجهیزاتی مانند راکتورها، مبدل‌های حرارتی و لوله‌های انتقال گاز که تحت حرارت‌های بالا قرار دارند.
- صنایع نیروگاهی: در ساخت توربین‌های گازی و بخاری، بویلرها و سیستم‌های تبادل حرارت.
- صنایع خودروسازی: در ساخت قطعاتی مانند منیفولدهای اگزوز و بخش‌هایی از سیستم اگزوز که در دمای بالا کار می‌کنند.
- صنایع متالورژی: در ساخت کوره‌ها و تجهیزات مربوط به فرآیندهای ذوب و بازیافت فلزات.
