فولاد های مقاوم حرارتی

امروزه فولادها در شرایط متغیر و گسترده ای ؛ شامل محیط هایی با دمای بالا و خورنده تحت شرایط تنش استاتیکی و دینامیکی بکار می روند. از قبیل دریچه های موتور هواپیما ، حامل های کوره ، رتورت ها ، واحدهای کراکینگ نفت و توربین های گازی . سه مشخصه برای فلزاتی که در دمای بالا به کار می روند ؛ مورد نیاز است :

1- مقاومت به اکسیداسیون و پوسته شدن

2- حفظ استحکام در دمای کاری

3- پایداری ساختار ؛ با توجه به رسوب کاربیدها ، کروی شدن ، کاربیدهای سیگما، تردی بازپخت

دیگر ویژگی ها نیز ممکن است در کاربرد مهم باشند ؛ همچون مقاومت ویژه و ضریب حرارتی برای اهداف الکتریکی ، ضریب انبساط برای واحدهای ساختمانی و مقاومت به نفوذ در اثر پدیده سوختن در بعضی کاربردهای کوره ای . در مورد فولادهای توربین های گازی مشخصات دیگری نیز مطرح می شود ، ظرفیت میرایی داخلی و استحکام خستگی ، حساسیت به فاق و استحکام ضربه ای ( سرد و گرم ) ، مشخصه جوشکاری و ماشینکاری ، بویژه در رتورهای بزرگ که باید با حداقل مقاطع جوشکاری شده ساخته شوند .

پوسته اکسیدی که بر روی آهن شکل می گیرد متخلخل بوده و چسبنده نیست، اما این پوسته در اثر اضافه کردن عناصر ویژه ای به فولاد ، چسبنده و محافظ می شود . این عناصر کرم ، سیلیسیم و آلومینیوم هستند و آنها بوسیله میل ترکیبی زیاد با اکسیژن توصیف می شوند ؛ اما واکنش بوسطه شکل گیری فیلم اکسیدی خنثی به سرعت متوقف می شود. مقاومت به اکسیداسیون فولاد نرم بوسیله شکل گیری آلیاژ آهن - آلومینیوم در سطح ، به مقدار زیادی بهبود می یابد. این عمل به وسیله حرارت دادن در ⁰_C 1000 و تماس با پودر آلومینیوم (calorising ) یا اسپری حرارتی انجام می شود.

بهبود مقاومت خزشی نیز بوسیله روش های زیر بدست می آید :

- بالا بردن دمای نرم شدن بوسیله انحلال عناصر آلیاژی

- استفاده معقول از رسوب سختی در دمای کاری ، بدون پدیده فراپیری . سختی فاز ثانویه شدیدا وابسته به درجه و یکنواختی ، پراکندگی بدست آمده است و ضریب خزش وابسته به دامنه فاصله اجزا است .

- کنترل درجه کارسختی در بازه دمایی مناسب که اغلب اندازه خزشی اولیه را کاهش می دهد.

- تغییرات در پروسه تولید ، اکسیژن زدایی و ذرات درون مرزهای کریستالی نیز می توانند روی خواص خزشی تاثیر گذار باشند.

- ذوب در خلا مزایایی دارد که در روش های معمول نمی توان به آنها دست یافت .

خواص مکانیکی نیز بوسیله اضافه کردن عناصر گوناگون بهبود بخشیده می شود ؛ کبالت ، تنگستن و مولیبدن باعث استقامت فولاد در برابر عمل تمپر کردن می شود. فولادهای آستنیتی آلیاژی هیچ تغییری ندارندو بنابراین بوسیله سرد کردن در هوا سخت نمی شوند . اما مقاومت به سایش آنها خوب نیست . مقدار کافی از عناصر آلیاژی همچون سیلسیم و کرم خط A_c را بالا می برد. فولاد با درصد بالای نیکل نباید در دمای بالا در تماس با دی اکسید گوگرد و یا دیگر ترکیبات گوگردی قرار گیرد ؛ چون فیلم های کریستالی سولفید نیکل شکل می گیرد.

در فولادهایی با کرم بالا کاربیدها به هم پیوسته و بزرگ می شوند، که این منجر به کم کردن مسدود شدن رشد دانه های فریت در دمای بالای ⁰_C 700 می شود. رشد بیش از اندازه دانه ها باعث کم شدن تافنس می شود. همچنین رشد دانه در بالای ⁰_C 1000 در فولاد های آستنیتی اتفاق می افتد، اما هیچ مشکلی بوجود نمی آید . چون آنها حتی در شرایط دانه های درشت چقرمه و داکتیل باقی می مانند. هنگام گرم کردن در بازه ⁰_C 500- 900 فولادهای آستنیته ، کاربیدها در طول مرزهای آستنیت رسوب نمی کنند و بعلت اینکه ترک های درون بلوری احتمالا افزایش می یابند اگر فولاد تحت تنش پیوسته در شرایط کششی در این رنج دمایی قرار گیرد. فولادهای فرتیک و آستنیتیک در ترکیب ویژهای بوسیله شکل گیری فاز سیگما ترد می شوند.