Cos'è la ghisa resistente al calore?

La ghisa resistente al calore è un tipo di materiale in ghisa specificamente progettato per il funzionamento a lungo termine a temperatura alta (di solito sopra i 600 gradi C) ambienti e mantenendo buone prestazioni. A differenza della ghisa ordinaria, può effettivamente resistere:

Ossidazione (peeling): in un'atmosfera ossidante ad alta temperatura (come l'aria), un film di ossido denso, stabile e altamente adesivo (come Sio ₂, Al ₂ o ∝, Cr ₂ o ∝) è formato sulla superficie per impedire all'ossigeno di continuare a diffondere e corrodere l'interiore.

Crescita: questa è la debolezza fatale della ghisa ordinaria ad alte temperature. During repeated heating and cooling, factors such as internal oxidation (oxygen infiltration along graphite sheets or grain boundaries), graphitization (decomposition of cementite into graphite), phase transformation (ferrite/austenite transformation), etc. cause irreversible volume expansion of the material (up to 10-15% or even higher), resulting in deformation, cracking, and loss of strength of the parti. La ghisa resistente al calore sopprime notevolmente il fenomeno della "crescita" attraverso la lega e il controllo della microstruttura.

La chiave per il meccanismo di resistenza al calore
Elementi in lega: la resistenza al calore si ottiene principalmente aggiungendo elementi come silicio (SI), cromo (CR), alluminio (AL), ecc.

Silicon (Si): It is the lowest cost and most widely used heat-resistant element. High silicon cast iron (>Il 5% Si) forma un film protettivo denso Sio ₂ sulla sua superficie. Il silicio può anche aumentare il punto di transizione di fase, ridurre lo stress di transizione di fase e stabilizzare la matrice della ferrite (la ferrite ha una migliore resistenza al calore rispetto alla perle/cementite).

Chromium (Cr): forms a very stable Cr ₂ O ∝ protective film with excellent oxidation resistance. Chromium can significantly improve high-temperature strength and hardness, stabilize carbides (but excessive carbides may affect thermal conductivity and thermal shock resistance). High chromium cast iron (>Il 15% Cr) ha un'eccellente resistenza al calore.

Alluminio (AL): forma un film protettivo Al ₂ O ∝ denso e forte, con eccellente resistenza all'ossidazione. L'alluminio è anche un forte elemento di formazione di ferrite. L'alta ghisa di allumina ha una resistenza al calore eccezionale, ma le sue proprietà di elaborazione meccanica sono scarse.

Nickel (NI): utilizzato principalmente nella ghisa austenitica resistente al calore (come la serie Ni Resist) per migliorare la resistenza ad alta temperatura, la tesi, la resistenza alla fatica del calore e la resistenza alla corrosione e per stabilizzare la struttura austenitica.

Morfologia della grafite: la grafite sferica (ghisa nodulare) ha una resistenza e una tenacità più elevate rispetto alla grafite di fiocco (ghisa grigia) e la grafite viene isolata e distribuita, riducendo i canali per l'ossigeno da penetrare attraverso i fiocchi di grafite e migliorare significativamente la loro resistenza alla crescita. Pertanto, l'applicazione di ferro duttile resistente al calore supera di gran lunga quella della ghisa grigia resistente al calore.

Struttura della matrice: la matrice di ferrite è la struttura a matrice più comunemente usata per la ghisa resistente al calore a causa della mancanza di trasformazione di fase (o un'alta temperatura di trasformazione delle fasi) durante il riscaldamento e il raffreddamento, il cambiamento di piccoli volumi e la buona resistenza alla crescita. La matrice austenitica è stabile ad alte temperature e ha anche una buona resistenza alla crescita e una resistenza ad alta temperatura.

Tipi principali (classificati per elementi in lega e standard)
Cast in ghisa resistente al calore al calore al silicio: come RTSI5 (≈ 5% Si), RQTSI5 (ferro duttile). A basso costo, buona antiossidante e resistenza alla crescita al di sotto di 900 gradi C. ampiamente utilizzato.

Ghisa resistente al calore in alluminio al silicio: come rqtsi4al1 (ferro duttile, ≈ 4% si +1% al). L'aggiunta di alluminio migliora la densità del film protettivo e la temperatura resistente al calore può raggiungere il grado 950-1050 C.

Ghisa resistente al calore in silicio in alluminio: come rqtai4si4 (ferro duttile, ≈ 4% al +4% Si), rtai5si5 (ferro grigio). La temperatura resistente al calore può raggiungere oltre 1100 gradi C, ma le prestazioni di fusione e lavorazione sono scarse.

Cast in ghisa resistente al calore ad alto cromo: come RQTCR16 (ferro duttile, ≈ 16% CR), RTCR16 (ferro grigio). Formando un film protettivo Cr ₂ O ∝, ha un'eccellente resistenza all'ossidazione, alta temperatura e può resistere a temperature fino a 900-1100 grado C. Ha anche una buona resistenza all'usura.

Ironia resistente al calore austenitico a base di nichel: come d -5 s (Ni resist d -5 s, contenente Ni, Cr, Cu, ecc.). La matrice austenitica ha un'eccellente resistenza ad alta temperatura, resistenza, resistenza alla fatica del calore e resistenza alla corrosione, con una temperatura di resistenza al calore di oltre 950 gradi C. comunemente usata in situazioni esigenti.

Principali aree di applicazione
La ghisa resistente al calore è ampiamente utilizzata nei componenti delle attrezzature industriali che richiedono una resistenza ad alta temperatura, come ad esempio:

Forno di riscaldamento e fornace di trattamento termico: piastra inferiore del forno, barra del forno, binario di guida, serbatoio del brusio, cesto di materiale, crogiolo, tubo di radiazione, telaio della porta del forno.

Componenti della caldaia: griglia, ugello del bruciatore, parti dello scambiatore di calore.

Industrie chimiche e petrolchimiche: supporti per tubi di cracking, tubi di conversione, componenti della valvola ad alta temperatura.

Fornione di cemento: tavola da griglia, scheda di fodera.

Industria manifatturiera in vetro: lattine di ricottura, stampi.

Inceneritore: griglia, vassoio di cenere.

Vantaggi e svantaggi
Vantaggio:

Buona resistenza all'ossidazione ad alta temperatura e resistenza alla crescita.

Rispetto all'acciaio resistente al calore, il costo è inferiore.

Buone prestazioni di fusione, in grado di produrre parti con forme complesse.

Un certo livello di resistenza all'usura e resistenza alla corrosione (specialmente per tipi di cromo elevato).

Buona resistenza agli shock termici (alcuni tipi).

Svantaggi:

La resistenza, la plasticità e la tenacità a temperatura ambiente sono generalmente inferiori a quelli dell'acciaio resistente al calore.

Alcuni tipi di lega elevati, come la ghisa ad alta allumina, hanno cattive proprietà di fusione e elaborazione meccanica.

La resistenza ad alta temperatura (in particolare la resistenza alla creep) è generalmente inferiore a quella degli acciai resistenti al calore di alto grado e leghe ad alta temperatura.

riassumere
La ghisa resistente al calore può resistere efficacemente all'ossidazione e al danno di "crescita" in atmosfere ossidanti ad alta temperatura aggiungendo elementi di lega specifici (principalmente Si, CR, AL) e controllando la morfologia della grafite (preferibilmente sferica) e la struttura a matrice (preferibilmente la ferrite o l'austenite). È una scelta materiale economica e affidabile per la produzione di componenti ad alta temperatura come forni industriali, caldaie e attrezzature chimiche nell'intervallo di temperatura di 600 gradi da C e 1100 gradi C. Secondo la temperatura di lavoro specifica, l'atmosfera, le condizioni di stress e i requisiti di costo.