Rezistență la oxidare la temperaturi ridicate
Rezistența la oxidare la temperatură înaltă a metalului se referă la rezistența la oxidare a oțelului la temperaturi ridicate. Oxidarea este o coroziune chimică tipică. Reacția chimică dintre metal și oxigen este coroziunea oxidativă. Produsul de coroziune (film de oxid) aderă la suprafața metalică într-o atmosferă oxidantă, cum ar fi aerul la temperatură ridicată și gazul de ardere. Odată cu dezvoltarea oxidării, grosimea peliculei de oxid continuă să crească. Dacă oxidarea metalului continuă să se oxideze după atingerea unui anumit nivel depinde direct de performanța filmului de oxid pe suprafața metalului. Dacă se formează un film de oxid dens și stabil, iar filmul de oxid are o forță mare de legare și o rezistență ridicată cu metalul de bază, poate împiedica difuzarea atomilor de oxigen în metal și poate reduce rata de oxidare. În caz contrar, oxidarea va fi accelerată, determinând desprinderea suprafeței metalice, ceea ce duce la defectarea timpurie a pieselor.
Compoziția stratului de oxid de pe suprafața oțelului este legată de temperatură. Stratul de oxid este compus din Fe2O3+Fe3O4 dens, care poate preveni eficient difuzia oxigenului sub 570 de grade. Când este încălzită la peste 570 de grade, pelicula de oxid este compusă din FeO+Fe2O3+Fe3O4 din interior spre exterior. FeO este liber și poros, reprezentând aproximativ 90% din întreaga grosime a filmului de oxid. Atomii de metal și atomii de oxigen difuzează ușor în stratul de FeO și accelerează oxidarea. FeO la temperatură ridicată reduce foarte mult rezistența la oxidare a oțelului. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât atomii difuzează mai repede și rata de oxidare este mai rapidă.
Metoda principală de îmbunătățire a rezistenței la oxidare a oțelului este adăugarea de elemente de aliere precum crom, siliciu și aluminiu. Prin urmare, atunci când oțelul intră în contact cu oxigenul la temperaturi ridicate, formează o peliculă densă de oxidare cu punct de topire ridicat de Cr2O3, silice și alumină, care acoperă suprafața oțelului este etanșă, împiedicând-o oxidarea ulterioară.
Rezistență la temperaturi ridicate
Rezistența la temperatură ridicată a metalului se referă la capacitatea materialelor metalice de a rezista la sarcini mecanice la temperaturi ridicate, adică capacitatea materialelor metalice de a rezista la deformarea plastică și deteriorarea la temperaturi ridicate. Proprietățile mecanice ale metalelor la temperaturi ridicate sunt foarte diferite de cele la temperatura camerei. Când temperatura de lucru este mai mare decât temperatura de recristalizare, metalul suferă deformare plastică și întărire prin lucru. Pe lângă faptul că sunt afectate de forțele externe, vor avea loc și recristalizarea și înmuierea.
Proprietățile mecanice ale metalelor la temperaturi ridicate sunt legate de temperatură, timp și structură. Fluajul apare adesea la temperaturi ridicate, adică atunci când temperatura de lucru este mai mare decât temperatura de recristalizare, efortul de lucru depășește limita elastică la acea temperatură, iar metalul se deformează lent în timp. Cu cât este mai mare rezistența la fluaj a unui metal, cu atât este mai mare rezistența sa la temperaturi ridicate.
Rezistența la temperatură ridicată a metalului este în general exprimată prin limita de fluaj și rezistența la durabilitate. Limita de fluaj este valoarea tensiunii atunci când deformarea reziduală a unui metal atinge o anumită valoare după o perioadă de timp la o anumită temperatură. Rezistența durabilă se referă la valoarea tensiunii unui material metalic într-o anumită perioadă de timp în condiții de temperatură constantă. La temperaturi ridicate, rezistența la granițele materialelor metalice este mai mică decât cea a granulelor interne, astfel încât adăugarea de elemente de aliere crește temperatura de recristalizare și formează carburi speciale stabile. Utilizarea materialelor cu granulație grosieră pentru a reduce granițele de cereale poate îmbunătăți în mod eficient rezistența la temperatură ridicată a oțelului.
Mo este un element cheie din aliaj din oțel feritic rezistent la fluaj, care are o temperatură de funcționare de până la 530 de grade. Soluția solidă de molibden poate reduce eficient rata de fluaj a oțelului. Molibdenul poate încetini aglomerarea și îngroșarea carburilor la temperaturi ridicate. Vanadiul, titanul și niobiul sunt elemente puternice care formează carburi care pot forma carburi fine dispersate pentru a îmbunătăți rezistența la temperatură ridicată a oțelului. Compușii de titan, niobiu și carbon pot preveni, de asemenea, coroziunea intergranulară a oțelurilor austenitice la temperaturi ridicate sau după sudare.
