Τα καλύτερα κράματα για χρήση σε υψηλές θερμοκρασίες

Disclaimer: Απαγορεύεται η αναδημοσίευση, αναπαραγωγή, ολική, μερική ή περιληπτική ή κατά παράφραση ή διασκευή ή απόδοση του περιεχομένου του παρόντος διαδικτυακού τόπου με οποιονδήποτε τρόπο, χωρίς αναφορά στο RAWMATHUB.GR (με ενεργό link) ή χωρίς την προηγούμενη γραπτή άδεια του RAWMATHUB.GR. 

Οι εφαρμογές αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες απαιτούν συνήθως σταθερή απόδοση σε θερμοκρασίες άνω των 649°C. Κράματα με υψηλά επίπεδα απόδοσης όσον αφορά στην αντοχή τους σε οξείδωση, ερπυσμό, στη θραύση λόγω επαναλαμβανόμενων τάσεων και στην αντοχή σε εφελκυσμό, διαθέτουν εκείνες τις ιδιότητες που διασφαλίζουν την αντοχή τους σε υψηλές θερμοκρασίες.

Τα περισσότερα ανθεκτικά στη θερμότητα κράματα περιλαμβάνουν μερικά ή όλα από τα ακόλουθα στοιχεία:

• Χρώμιο
• Νικέλιο
• Κοβάλτιο
• Μολυβδαίνιο
• Τιτάνιο

Στην περίπτωση του χάλυβα, εκτός από την κραμάτωση, η αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες ενισχύεται μέσω θερμικής επεξεργασίας, σκλήρυνσης με καθίζηση (γήρανση) και σκλήρυνσης μέσω του σχηματισμού στερεού διαλύματος.

Τα ανθεκτικά στη θερμότητα κράματα μπορούν να υποδιαιρεθούν σε τρία διαφορετικά επίπεδα αντοχής σε καταπόνηση, ανάλογα με το περιβάλλον λειτουργίας τους:

• Μικρή αντοχή σε θερμική καταπόνηση (δευτερόλεπτα έως λεπτά)
• Μέτρια αντοχή σε θερμική καταπόνηση (ώρες ή εκατοντάδες ώρες)
• Μεγάλη αντοχή σε θερμική καταπόνηση (χιλιάδες ώρες)

Ανάλογα με το μεταλλικό κράμα και προκειμένου να επιτευχθούν χαρακτηριστικά αντοχής στη θερμότητα, μπορεί να δοθεί μικρότερη σημασία σε ιδιότητες όπως:

• Συγκολλησιμότητα
• Θερμική διαστολή
• Ερπυσμός
• Αντοχή στη θραύση
• Θερμική κόπωση
• Οξείδωση και διάβρωση
• Απόδοση σε συνθήκες κενού / έκθεση σε άλλες ατμόσφαιρες

1. Τιτάνιο: Συχνά περιγράφεται ως «σπογγώδες» λόγω του πορώδους στη δομή του και στην επιφάνεια του από τη διαδικασία σχηματισμού του. Τα κράματα τιτανίου έχουν υψηλή αντοχή στη διάβρωση, είναι εξαιρετικά σκληρά, αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες και έχουν υψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος σε εφελκυσμό. Είναι εύκολα συγκολλήσιμα και κατεργάσιμα με μηχανικό τρόπο και είναι εξαιρετικά αποτελεσματικά σε δύσκολες βιομηχανικές εφαρμογές.

2. Βολφράμιο: Πυρίμαχο μέταλλο σε γκρίζο χρώμα ή ασημί-λευκό. Το βολφράμιο παρέχει σκληρότητα, αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βασικό ή ως συμπληρωματικό κραματικό στοιχείο προσδίδοντας αντοχή στη θερμοκρασία.

3. Ανοξείδωτος χάλυβας (Κράμα): Μια οικογένεια κραμάτων γνωστή για την αντοχή τους στη διάβρωση και τις υψηλές θερμοκρασίες, ο ανοξείδωτος χάλυβας έχει βάση το σίδηρο σε περιεκτικότητα της τάξης του 10,5% και κύρια κραματικά στοιχεία το χρώμιο, το νικέλιο και το μολυβδαίνιο. Τα κράματα χάλυβα είναι ιδιαίτερα ανθεκτικά στη θερμότητα. Η αεροδιαστημική, η αυτοκινητοβιομηχανία και οι κατασκευές χρησιμοποιούν ανοξείδωτο χάλυβα στην κατασκευή συγκεκριμένων εξαρτημάτων όπως δοχεία πίεσης ή λέβητες.

4. Νιόβιο: Έχοντας παλαιότερα το όνομα Κολόμβιο (Cb), το νιόβιο χρησιμοποιείται σε κράματα χάλυβα και έχει χαρακτηριστικά σκληρότητας παρόμοια με το τιτάνιο (και ολκιμότητα παρόμοια με το σίδηρο). Χρησιμοποιείται συνήθως μαζί με το βολφράμιο για ανώτερη αντοχή στη θερμότητα. Τα κράματα που περιέχουν νιόβιο χρησιμοποιούνται συνήθως σε χειρουργικό εξοπλισμό, καθώς και σε κινητήρες αεριωθουμένων και τουρμπίνες αεροσκαφών.

5. Μολυβδαίνιο: Το μολυβδαίνιο χρησιμοποιείται συχνά σε κράματα χάλυβα, συμπεριλαμβανομένου του ανοξείδωτου χάλυβα. Παρέχει ενισχυμένη μηχανική αντοχή, αντοχή στη διάβρωση, τη φθορά και τις υψηλές θερμοκρασίες. Η ολκιμότητα και η χαμηλή του σκληρότητα το καθιστούν ιδανικό για εξειδικευμένα μηχανήματα και στρατιωτικές εφαρμογές.

6. Νικέλιο: Το νικέλιο είναι εύπλαστο και όλκιμο και έχει εξαιρετική αντοχή στην οξείδωση και τη διάβρωση. Το νικέλιο χρησιμοποιείται συχνά σε κράματα ανοξείδωτου χάλυβα για πρόσθετη αντοχή στη θερμότητα.

7. Ταντάλιο: Το ταντάλιο έχει υψηλή πυκνότητα, σημείο τήξης και αντοχή σε όξινα περιβάλλοντα. Αναπτύσσει ένα φίλμ οξειδίου στην επιφάνεια του κράματος το οποίο παρέχει αντοχή στη διάβρωση. Το ταντάλιο συχνά συνδυάζεται με άλλα μέταλλα για την παραγωγή υπερκραμάτων.

Οι συμβιβασμοί όσον αφορά στις ιδιότητες των κραμάτων που αναφέρθηκαν προηγουμένως, καταδεικνύουν πολλούς από τους σημαντικούς παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη, συμπεριλαμβανομένων των φυσικών ιδιοτήτων όπως η θερμική διαστολή και η θερμική κόπωση, καθώς και ζητήματα που προκύπτουν μετά την επεξεργασία του κράματος, όπως η συγκολλησιμότητα. Το κόστος και η διαθεσιμότητα μπορεί επίσης να είναι παράγοντες επιλογής.

Σε κάθε περίπτωση, είναι σημαντικό να επαληθεύονται τα τεχνικά δεδομένα ενός κράματος προτού χρησιμοποιηθεί σε οποιοδήποτε περιβάλλον υψηλών θερμοκρασιών. Ωστόσο, πλέον της αντοχής στη θερμοκρασία, τα επιλεγόμενα κράματα πρέπει να εξετάζονται ως προς:

• Αντοχή στην οξείδωση
• Αντοχή στη θερμή διάβρωση
• Μεταλλουργική σταθερότητα
• Μηχανικές ιδιότητες σε διαφορετικές θερμοκρασίες

Ορισμένα κράματα υψηλών θερμοκρασιών έχουν ενδιαφέρουσες ιδιότητες. Για παράδειγμα, το καρβίδιο του τιτανίου έχει το υψηλότερο σημείο τήξης από όλα τα μέταλλα (3100°C), ενώ ο ανοξείδωτος χάλυβας δεν απαιτεί βαφή για προστασία από τον οξείδωση.

Τα ανθεκτικά στη θερμότητα κράματα είναι απαραίτητα σε πολλές διαφορετικές βιομηχανίες, όπως:

• Αυτοκινητοβιομηχανία
• Αεροδιαστημική
• Αεροπλοΐα
• Κεραμικά υλικά
• Χημικά
• Κατασκευές
• Ηλεκτρονικά είδη
• Υαλουργία
• Μηχανουργεία
• Αμυντική βιομηχανία
• Πετροχημικά

Επίσης, πολλά βασικά προϊόντα παράγονται με χρήση μεταλλικών κραμάτων υψηλών θερμοκρασιών, όπως λέβητες, ηλεκτρονικά είδη, κινητήρες αεριωθουμένων, πυρηνικοί αντιδραστήρες και πτερύγια στροβίλων.

Με πληροφορίες από metalsupermarkets.com

ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ - ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΣΥΝΤΑΚΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ RAWMATHUB.GR