一Tại saoThẻ xử lý nhiệtcần phải chịu được nhiệt độ cao?
Thang xử lý nhiệt là thiết bị cốt lõi để vận chuyển mảnh làm việc để sưởi ấm, bảo quản nhiệt, làm mát và các quy trình khác.Chống nhiệt độ cao của nó được xác định bởi các nhu cầu cơ bản và vị trí chức năng của quá trình xử lý nhiệtNhững lý do cụ thể là như sau:
1. Yêu cầu môi trường nhiệt độ cao của quá trình xử lý nhiệt
Các quy trình cốt lõi của xử lý nhiệt (chẳng hạn như làm nguội, nướng, bình thường hóa, làm nóng, vv) phải được thực hiện trong môi trường nhiệt độ cao, ví dụ:
Nhiệt độ dập của các vật liệu thép thường là 800 ~ 1200 °C (như nhiệt độ dập của thép carbon trung bình là khoảng 840 °C,và nhiệt độ làm nguội của thép tốc độ cao có thể đạt 1220 °C);
Nhiệt độ xử lý dung dịch của hợp kim nhôm khoảng 500 ~ 600 °C;
Nhiệt độ quá trình xử lý nhiệt chân không, carburizing, vv cũng thường nằm trong phạm vi 500 ~ 1000 °C.
Thang cần phải tiếp xúc trực tiếp với lò hoặc môi trường nhiệt độ cao. Nếu vật liệu không chịu được nhiệt độ cao, nó sẽ nhanh chóng bị oxy hóa, mềm mại, biến dạng hoặc thậm chí tan chảy,làm cho mảnh làm việc rơi, trục trặc quá trình hoặc hỏng thiết bị.
2Các yêu cầu về độ ổn định cho các bộ phận làm việc
Trọng lượng của mảnh làm việc ở nhiệt độ cao sẽ gây tải liên tục lên khay.Nếu độ bền của vật liệu khay giảm đáng kể với sự gia tăng nhiệt độ (chẳng hạn như sự sụt giảm đột ngột độ bền của thép thông thường trên 400 °C), có thể xảy ra sự sụp đổ cấu trúc, gây ra việc tháo bỏ vật làm hoặc tai nạn an toàn.
Ví dụ, trong lò xử lý nhiệt liên tục, khay cần di chuyển qua lại với băng chuyền trong một thời gian dài.Kháng bị rò rỉ ở nhiệt độ cao (khả năng của vật liệu để biến dạng chậm dưới tải trọng liên tục) là chìa khóa để đảm bảo sự ổn định.
3Các yêu cầu chống oxy hóa và chống ăn mòn
Trong môi trường nhiệt độ cao, oxy trong không khí, khí bảo vệ trong lò (chẳng hạn như CO, CO2 trong khí quyển carburizing) hoặc môi trường dập tắt (chẳng hạn như tắm muối,dầu) sẽ phản ứng hóa học với vật liệu khay, dẫn đến lột vỏ oxit và hình thành các hố ăn mòn.
Mảng oxit lột có thể gây ô nhiễm bề mặt của mảnh làm việc hoặc chặn các đường ống trong lò, và ăn mòn sẽ làm suy yếu độ bền của khay.Các vật liệu chịu nhiệt độ cao (như thép không gỉ và hợp kim dựa trên niken) thường có độ ổn định phim chống oxy hóa tốt hơn và chống ăn mòn.
4Nhu cầu kinh tế về tái sử dụng
Điều trị nhiệt là một quy trình lô, và khay cần phải được nhiều lần đưa vào và ra khỏilò nóngNếu vật liệu không chịu được nhiệt độ cao, việc thay thế thường xuyên các khay sẽ làm tăng chi phí sản xuất (như thời gian ngừng hoạt động và chi phí tiêu thụ).
Ví dụ, một khay làm bằng thép cacbon thông thường có thể bị phế hủy sau hàng trăm chu kỳ nhiệt độ cao, trong khi một khay hợp kim chịu nhiệt độ cao có thể được sử dụng hàng chục ngàn lần,với chi phí tổng thể thấp hơn.
二. Nhiệt độ tối đa mà một khay xử lý nhiệt có thể chịu được là gì?
Nhiệt độ tối đa mà khay có thể chịu được phụ thuộc vào loại vật liệu và thành phần cụ thể.
Các trường hợp cực đoan trong các kịch bản đặc biệt
Các khay hợp kim nhiệt độ cao của ngành hàng không vũ trụ: sử dụng hợp kim niken đơn tinh thể (chẳng hạn như Rene N5 được phát triển bởi NASA),có thể được sử dụng cho hoạt động ngắn hạn ở nhiệt độ trên 1400 °C và được sử dụng cho xử lý nhiệt nhiệt độ cực cao của các thành phần động cơ máy bay, nhưng chi phí là cực kỳ cao.
Các khay vật liệu tổng hợp: chẳng hạn như xương kim loại + lớp phủ gốm (như lớp phủ ZrO2),có thể chịu được nhiệt độ trên 1500 °C thông qua thiết kế gradient và được sử dụng trong điều kiện làm việc cực đoan (như chế biến vật liệu hạt nhân).
三Các yếu tố khác ảnh hưởng đếnchống nhiệt độ cao của khay
Tốc độ sưởi ấm và thời gian cách nhiệt:
Nâng nhiệt nhanh (chẳng hạn như nóng hơn 50 °C mỗi phút) sẽ làm tăng căng thẳng nhiệt của vật liệu và có thể gây nứt;cách nhiệt lâu dài (chẳng hạn như sử dụng liên tục trong hơn 10 giờ) sẽ tăng tốc độ rò rỉ vật liệu.
Không khí:
Giảm khí quyển (chẳng hạn như H2), khí quyển carburizing (chẳng hạn như CO) hoặc khí quyển chứa lưu huỳnh sẽ làm giảm sức đề kháng nhiệt độ thực tế của khay.Inconel 601 có thể chịu được 1250 °C trong oxy tinh khiết, nhưng có thể giảm xuống dưới 1100 ° C trong bầu khí chứa lưu huỳnh.
Tình trạng bề mặt:
Nếu có dầu và vảy tích tụ trên bề mặt của khay, các điểm nóng địa phương sẽ hình thành, tăng tốc độ phân hủy vật liệu.
4Làm thế nào để chọn mộtkhay chịu nhiệt độ cao?
Khớp vật liệu theo nhiệt độ quá trình:
Nếu nhiệt độ quá trình là ≤ 1000 °C, thép không gỉ 310S có thể được chọn;
Nếu nhiệt độ là 1000 ~ 1300 °C, hợp kim dựa trên niken (chẳng hạn như Inconel 601) hoặc hợp kim sắt-crôm-aluminium được ưa thích;
Các kịch bản nhiệt độ cực cao (> 1300 °C) yêu cầu gốm, graphit hoặc vật liệu tổng hợp.
Xem xét số chu kỳ và tải:
Các kịch bản tải trọng cao và tần số chu kỳ cao (như dây chuyền sản xuất liên tục) đòi hỏi các vật liệu có độ bền bò cao (như Inconel 718).
Tập trung vào hiệu suất chi phí và chi phí bảo trì:
Các khay gốm có chi phí ban đầu cao, nhưng có tuổi thọ dài và không yêu cầu bảo trì thường xuyên; các khay kim loại có chi phí thấp hơn, nhưng yêu cầu kiểm tra thường xuyên về oxy hóa và biến dạng.
Từ phân tích trên, có thể thấy rằng khả năng chống nhiệt độ cao là hiệu suất cốt lõi của khay xử lý nhiệt,và nhiệt độ giới hạn được xác định bởi thiết kế khoa học của vật liệuTrong các ứng dụng thực tế, nó là cần thiết để lựa chọn toàn diện các điều kiện quy trình, kinh tế và độ tin cậy.
一Tại saoThẻ xử lý nhiệtcần phải chịu được nhiệt độ cao?
Thang xử lý nhiệt là thiết bị cốt lõi để vận chuyển mảnh làm việc để sưởi ấm, bảo quản nhiệt, làm mát và các quy trình khác.Chống nhiệt độ cao của nó được xác định bởi các nhu cầu cơ bản và vị trí chức năng của quá trình xử lý nhiệtNhững lý do cụ thể là như sau:
1. Yêu cầu môi trường nhiệt độ cao của quá trình xử lý nhiệt
Các quy trình cốt lõi của xử lý nhiệt (chẳng hạn như làm nguội, nướng, bình thường hóa, làm nóng, vv) phải được thực hiện trong môi trường nhiệt độ cao, ví dụ:
Nhiệt độ dập của các vật liệu thép thường là 800 ~ 1200 °C (như nhiệt độ dập của thép carbon trung bình là khoảng 840 °C,và nhiệt độ làm nguội của thép tốc độ cao có thể đạt 1220 °C);
Nhiệt độ xử lý dung dịch của hợp kim nhôm khoảng 500 ~ 600 °C;
Nhiệt độ quá trình xử lý nhiệt chân không, carburizing, vv cũng thường nằm trong phạm vi 500 ~ 1000 °C.
Thang cần phải tiếp xúc trực tiếp với lò hoặc môi trường nhiệt độ cao. Nếu vật liệu không chịu được nhiệt độ cao, nó sẽ nhanh chóng bị oxy hóa, mềm mại, biến dạng hoặc thậm chí tan chảy,làm cho mảnh làm việc rơi, trục trặc quá trình hoặc hỏng thiết bị.
2Các yêu cầu về độ ổn định cho các bộ phận làm việc
Trọng lượng của mảnh làm việc ở nhiệt độ cao sẽ gây tải liên tục lên khay.Nếu độ bền của vật liệu khay giảm đáng kể với sự gia tăng nhiệt độ (chẳng hạn như sự sụt giảm đột ngột độ bền của thép thông thường trên 400 °C), có thể xảy ra sự sụp đổ cấu trúc, gây ra việc tháo bỏ vật làm hoặc tai nạn an toàn.
Ví dụ, trong lò xử lý nhiệt liên tục, khay cần di chuyển qua lại với băng chuyền trong một thời gian dài.Kháng bị rò rỉ ở nhiệt độ cao (khả năng của vật liệu để biến dạng chậm dưới tải trọng liên tục) là chìa khóa để đảm bảo sự ổn định.
3Các yêu cầu chống oxy hóa và chống ăn mòn
Trong môi trường nhiệt độ cao, oxy trong không khí, khí bảo vệ trong lò (chẳng hạn như CO, CO2 trong khí quyển carburizing) hoặc môi trường dập tắt (chẳng hạn như tắm muối,dầu) sẽ phản ứng hóa học với vật liệu khay, dẫn đến lột vỏ oxit và hình thành các hố ăn mòn.
Mảng oxit lột có thể gây ô nhiễm bề mặt của mảnh làm việc hoặc chặn các đường ống trong lò, và ăn mòn sẽ làm suy yếu độ bền của khay.Các vật liệu chịu nhiệt độ cao (như thép không gỉ và hợp kim dựa trên niken) thường có độ ổn định phim chống oxy hóa tốt hơn và chống ăn mòn.
4Nhu cầu kinh tế về tái sử dụng
Điều trị nhiệt là một quy trình lô, và khay cần phải được nhiều lần đưa vào và ra khỏilò nóngNếu vật liệu không chịu được nhiệt độ cao, việc thay thế thường xuyên các khay sẽ làm tăng chi phí sản xuất (như thời gian ngừng hoạt động và chi phí tiêu thụ).
Ví dụ, một khay làm bằng thép cacbon thông thường có thể bị phế hủy sau hàng trăm chu kỳ nhiệt độ cao, trong khi một khay hợp kim chịu nhiệt độ cao có thể được sử dụng hàng chục ngàn lần,với chi phí tổng thể thấp hơn.
二. Nhiệt độ tối đa mà một khay xử lý nhiệt có thể chịu được là gì?
Nhiệt độ tối đa mà khay có thể chịu được phụ thuộc vào loại vật liệu và thành phần cụ thể.
Các trường hợp cực đoan trong các kịch bản đặc biệt
Các khay hợp kim nhiệt độ cao của ngành hàng không vũ trụ: sử dụng hợp kim niken đơn tinh thể (chẳng hạn như Rene N5 được phát triển bởi NASA),có thể được sử dụng cho hoạt động ngắn hạn ở nhiệt độ trên 1400 °C và được sử dụng cho xử lý nhiệt nhiệt độ cực cao của các thành phần động cơ máy bay, nhưng chi phí là cực kỳ cao.
Các khay vật liệu tổng hợp: chẳng hạn như xương kim loại + lớp phủ gốm (như lớp phủ ZrO2),có thể chịu được nhiệt độ trên 1500 °C thông qua thiết kế gradient và được sử dụng trong điều kiện làm việc cực đoan (như chế biến vật liệu hạt nhân).
三Các yếu tố khác ảnh hưởng đếnchống nhiệt độ cao của khay
Tốc độ sưởi ấm và thời gian cách nhiệt:
Nâng nhiệt nhanh (chẳng hạn như nóng hơn 50 °C mỗi phút) sẽ làm tăng căng thẳng nhiệt của vật liệu và có thể gây nứt;cách nhiệt lâu dài (chẳng hạn như sử dụng liên tục trong hơn 10 giờ) sẽ tăng tốc độ rò rỉ vật liệu.
Không khí:
Giảm khí quyển (chẳng hạn như H2), khí quyển carburizing (chẳng hạn như CO) hoặc khí quyển chứa lưu huỳnh sẽ làm giảm sức đề kháng nhiệt độ thực tế của khay.Inconel 601 có thể chịu được 1250 °C trong oxy tinh khiết, nhưng có thể giảm xuống dưới 1100 ° C trong bầu khí chứa lưu huỳnh.
Tình trạng bề mặt:
Nếu có dầu và vảy tích tụ trên bề mặt của khay, các điểm nóng địa phương sẽ hình thành, tăng tốc độ phân hủy vật liệu.
4Làm thế nào để chọn mộtkhay chịu nhiệt độ cao?
Khớp vật liệu theo nhiệt độ quá trình:
Nếu nhiệt độ quá trình là ≤ 1000 °C, thép không gỉ 310S có thể được chọn;
Nếu nhiệt độ là 1000 ~ 1300 °C, hợp kim dựa trên niken (chẳng hạn như Inconel 601) hoặc hợp kim sắt-crôm-aluminium được ưa thích;
Các kịch bản nhiệt độ cực cao (> 1300 °C) yêu cầu gốm, graphit hoặc vật liệu tổng hợp.
Xem xét số chu kỳ và tải:
Các kịch bản tải trọng cao và tần số chu kỳ cao (như dây chuyền sản xuất liên tục) đòi hỏi các vật liệu có độ bền bò cao (như Inconel 718).
Tập trung vào hiệu suất chi phí và chi phí bảo trì:
Các khay gốm có chi phí ban đầu cao, nhưng có tuổi thọ dài và không yêu cầu bảo trì thường xuyên; các khay kim loại có chi phí thấp hơn, nhưng yêu cầu kiểm tra thường xuyên về oxy hóa và biến dạng.
Từ phân tích trên, có thể thấy rằng khả năng chống nhiệt độ cao là hiệu suất cốt lõi của khay xử lý nhiệt,và nhiệt độ giới hạn được xác định bởi thiết kế khoa học của vật liệuTrong các ứng dụng thực tế, nó là cần thiết để lựa chọn toàn diện các điều kiện quy trình, kinh tế và độ tin cậy.
