فولاذ مقاوم للحرارة

كيفية قياس الأداء
ومع ذلك، فإن المكون الرئيسي للفولاذ المقاوم للحرارة هو متانته في درجات الحرارة العالية، والتي يمكن قياسها بعدة طرق مختلفة. إحدى طرق قياس أداء الفولاذ عند درجات الحرارة المرتفعة هي قياس UTS وYS عند درجات حرارة مرتفعة، عادة أكثر من 1200 فهرنهايت. يمكن للعديد من أنواع الفولاذ المقاوم للحرارة تحمل UTS يبلغ 30-50ksi عند درجة حرارة 1400 فهرنهايت وYS يصل إلى 30ksi. عادةً ما تكون السبائك التي تحتوي على نسبة عالية من الكروم والنيكل هي الأفضل في هذه الفئة ذات درجة الحرارة المرتفعة للشد وقوة الخضوع، بما في ذلك HL وHP وHU وHK. عادةً ما يكون للسبائك الموجودة في هذه الفئة بنية أوستنيتي كاملة. نظرًا للوجود العالي لعناصر صناعة السبائك، تميل هذه السبائك أيضًا إلى أن تكون أكثر تكلفة.
هناك طريقة أخرى لقياس أداء الفولاذ المقاوم للحرارة وهي من حيث قوة الزحف والتمزق الناتج عن الإجهاد. الزحف شائع للغاية في المسبوكات الفولاذية المقاومة للحرارة. بالنسبة لأولئك الذين لا يعرفون، الزحف هو الضغط الذي يحدث للمسبوكات التي تتعرض للضغط في درجات حرارة عالية. في حين أن منع الزحف تمامًا ليس ممكنًا، فإن معظم سبائك الفولاذ المقاومة للحرارة مصممة لتقليل تأثير الزحف إلى حد ما، والذي بدوره يطيل عمر خدمة الصب. حيث يصبح الزحف هو الأكثر إشكالية في حالات مختارة حيث يؤدي إلى تشوه الصب ويمكن أن يؤدي حتى إلى كسور بسبب تعرض قوة الصب للخطر بحيث ينكسر تحت الخصائص المحددة في اختبار الشد بدرجة حرارة مرتفعة.

اختيار سبائك
يمكن مراعاة الزحف في تصميم الصب وفي اختيار السبائك، حيث يمكن للمهندس اختيار تصميم الصب الذي سيسمح للصب بمواصلة الأداء لفترة ممتدة في حالة الزحف ويمكنه أيضًا اختيار سبيكة أكثر مقاومة للزحف . فيما يتعلق باختيار السبائك، يجب على المهندس اختيار سبيكة تبطئ عملية تشوه البلاستيك ولها إجهاد تمزق عالي، مع إعطاء الأولوية لواحدة أو أخرى بناءً على التطبيق. فيما يتعلق بالتحكم في التشوه، فإن أفضل رهان عادةً هو استخدام سبيكة تحتوي على 30% نيكل و15% كروم على الأقل للحصول على بنية أوستنيتي كاملة، ومن الأمثلة الرائعة على ذلك HT وHU وHP. بعض سبائك الحديد والكروم والنيكل مثل HK تؤدي أيضًا أداءً جيدًا في هذا المجال.
عندما يتعلق الأمر بإجهاد التمزق، فإن التحكم في محتوى الكربون ليكون في نطاق {{0}}.3-0.7% سيكون المتغير الأكثر أهمية. في نطاق الكربون 0.3-0.7%، سيكون المعدن أكثر مقاومة لضغوط التمزق من تلك التي تبلغ 0.2% أو أقل. تعد عناصر صناعة السبائك الأخرى أيضًا أساسية، خاصة ما يكفي من النيكل لتشكيل بنية الأوستنيتي (18% على الأقل، ويفضل 22%+) ومحتوى الكروم الذي يزيد عن 15% هي العناصر الأساسية، وتعد HK وHN وHP أمثلة جيدة. ستحتوي بعض السبائك الأكثر مقاومة للتمزق على بعض محتوى عناصر السبائك المتخصصة مثل التنغستن أو النيوبيوم، على الرغم من أن محتوى الكربون يظل المتغير الأكثر تأثيرًا للتحكم.

تجنب الأكسدة
مفتاح آخر في الفولاذ المقاوم للصدأ هو مقاومة الأكسدة في درجات الحرارة المرتفعة. لهذا السبب، يجب أن يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة على ما لا يقل عن 12% من الكروم لمقاومة تكوين أكسيد الحديد في درجات الحرارة العالية. يمكن الحصول على مزيد من مقاومة الأكسدة من خلال محتوى أعلى من الكروم والنيكل.

التعب الحراري
إذا تعرضت عملية الصب لدورة حرارية أو صدمة، فيجب أن يؤخذ ذلك أيضًا في الاعتبار عندما يتعلق الأمر باختيار سبيكة من الفولاذ المقاوم للحرارة. لا توجد طريقة رائعة لقياس التعب الحراري في عملية الصب، فهناك اختبارات التعب الحراري، لكنها لا تنطبق بشكل كبير على الواقع.

كيفية مقاومة الكربنة
تعتبر مقاومة الكربنة أحد الاعتبارات الأخرى التي يجب مراعاتها، خاصة بالنسبة للمسبوكات التي ستستخدم في تطبيق مثل المعالجة الحرارية التجارية. تزيد محتويات النيكل والكروم الأعلى إلى حد كبير من مقاومة المعدن لاختراق الكربون في سطح الصب. يلعب السيليكون دورًا حيويًا في مقاومة الكربنة أيضًا، يمكن للزيادات الصغيرة في السيليكون أن تحدث فرقًا جذريًا في قدرة السبيكة على مقاومة اختراق الكربون، وعادةً ما يتم استخدام حوالي 2٪ من السيليكون في المسبوكات التي تهدف إلى مقاومة الكربنة. تمت إضافة عناصر صناعة السبائك الأخرى إلى الفولاذ المقاوم للصدأ لمقاومة الكربنة على الرغم من عدم استخدامها على نطاق واسع وفعاليتها لا تزال محل نقاش.
اعتبارات أخرى
في حالات نادرة، يجب مراعاة البيئة التي تحتوي على نسبة عالية من الكبريت والتي من شأنها أن تسبب الأكسدة في المسبوكات الفولاذية. السبائك المقاومة للحرارة ذات المحتوى العالي من النيكل معرضة جدًا للتآكل في بيئة عالية الكبريت بسبب هيكلها الأوستنيتي بالكامل، لذا فإن السبائك التي تكون من الحديد بالكامل عادة ما تكون اختيارًا أفضل.