Hvad er varmebestandigt støbejern?

Varmebestandigt støbejern er en type støbejernsmateriale, der er specifikt designet til langvarig drift i høj temperatur (normalt over 600 graders c) miljøer og opretholder god ydeevne. I modsætning til almindeligt støbejern, kan det effektivt modstå:

Oxidation (skrælning): I en oxidationsatmosfære med høj temperatur (såsom luft) dannes en tæt, stabil og meget klæbende oxidfilm (såsom Sio ₂, al ₂ o ∝, cr ₂ o ∝) på overfladen for at forhindre, at ilt fortsætter med at diffundere og korrodere interiøret.

Vækst: Dette er den dødelige svaghed ved almindeligt støbejern ved høje temperaturer. 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 dele. Varmebestandigt støbejern undertrykker i høj grad fænomenet "vækst" gennem legering og mikrostrukturstyring.

Nøglen til varmemodstandsmekanisme
Legeringselementer: Varmebestandighed opnås hovedsageligt ved tilsætning af elementer såsom silicium (SI), chrom (CR), aluminium (AL) osv.

Silicon (Si): It is the lowest cost and most widely used heat-resistant element. High silicon cast iron (>5% Si) danner en tæt SIO ₂ beskyttende film på dens overflade. Silicium kan også øge faseovergangspunktet, reducere faseovergangsspænding og stabilisere ferritmatrixen (ferrit har bedre varmebestandighed end perlit\/cementit).

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 (>15% cr) har fremragende varmemodstand.

Aluminium (AL): danner en tæt og stærk al ₂ o ∝ beskyttelsesfilm med fremragende oxidationsmodstand. Aluminium er også et stærkt ferritdannende element. Støbejern i høj aluminiumoxid har enestående varmemodstand, men dets støbning og mekaniske behandlingsegenskaber er dårlige.

Nikkel (NI): Brugt hovedsageligt i austenitisk varmebestandigt støbejern (såsom Ni-resist-serie) til forbedring af høj temperaturstyrke, sejhed, varmetræthedsmodstand og korrosionsmodstand og for at stabilisere austenitisk struktur.

Grafitmorfologi: sfærisk grafit (nodulært støbejern) har højere styrke og sejhed end flake grafit (grå støbejern), og grafit er isoleret og fordelt, hvilket reducerer kanalerne for ilt for at trænge igennem grafitflager og forbedrer deres vækstmodstand markant. Derfor overstiger påføring af varmebestandigt duktilt jern langt den af ​​varmebestandige grå støbejern.

Matrixstruktur: Ferritmatrix er den mest almindeligt anvendte matrixstruktur til varmebestandigt støbejern på grund af dets mangel på fasetransformation (eller højfasetransformationstemperatur) under opvarmning og afkøling, ændring af små volumen og god vækstmodstand. Austenitisk matrix er stabil ved høje temperaturer og har også god vækstmodstand og høj temperaturstyrke.

Hovedtyper (klassificeret af legeringselementer og standarder)
Høj siliciumvarmebestandigt støbejern: såsom RTSI5 (≈ 5% Si), RQTSI5 (duktilt jern). Lave omkostninger, god antioxidant og vækstmodstand under 900 grader C. meget anvendt.

Siliciumaluminiumsvarmebestandigt støbejern: såsom RQTSI4AL1 (duktilt jern, ≈ 4% Si +1% Al). Tilsætningen af ​​aluminium forbedrer densiteten af ​​den beskyttende film, og den varmebestandige temperatur kan nå 950-1050 grad C.

Aluminiumsiliciumvarmebestandigt støbejern: såsom RQTAI4SI4 (duktilt jern, ≈ 4% Al +4% Si), RTAI5SI5 (gråt jern). Den varmebestandige temperatur kan nå over 1100 graders C, men støbning og behandlingsydelse er dårlig.

Høj kromvarmebestandigt støbejern: såsom RQTCR16 (duktilt jern, ≈ 16% Cr), RTCR16 (gråt jern). Ved at danne en cr ₂ o ∝ beskyttende film har den fremragende oxidationsmodstand, høj temperaturstyrke og kan modstå temperaturer op til 900-1100 grad C. Det har også god slidstyrke.

Nikkelbaseret austenitisk varmebestandig støbejern: såsom d -5 s (ni resist d -5 s, indeholdende ni, cr, cu osv.). Austenitic Matrix har fremragende styrke med høj temperatur, sejhed, varmetræthedsmodstand og korrosionsbestandighed med en varmemodstandstemperatur på over 950 grader C. ofte anvendt i krævende situationer.

Hovedapplikationsområder
Varmebestandigt støbejern er vidt brugt i industrielle udstyrskomponenter, der kræver modstand med høj temperatur, såsom:

Opvarmningsovn og varmebehandlingsovn: ovnens bundplade, ovnstang, guidebane, lyddæmpningstank, materialekurv, digel, strålingsrør, ovndørramme.

Kedelkomponenter: rist, brænderdyse, varmevekslerdele.

Kemiske og petrokemiske industrier: krakningsrørstøtter, konverteringsrør, højtemperaturventilkomponenter.

Cement Kiln: Grate Board, foring Board.

Glasproduktionsindustri: udglødning af dåser, forme.

Forbrændingsanlæg: Rist, askebakke.

Fordele og ulemper
Fordel:

God høj temperatur oxidationsmodstand og vækstmodstand.

Sammenlignet med varmebestandigt stål er omkostningerne lavere.

God casting -præstation, der er i stand til at fremstille dele med komplekse former.

Et vist niveau af slidstyrke og korrosionsbestandighed (især for høje kromtyper).

God termisk stødmodstand (nogle typer).

Ulemper:

Styrke, plasticitet og sejhed ved stuetemperatur er normalt lavere end for varmebestandigt stål.

Nogle højlegeringstyper, såsom støbejern med højt aluminiumoxid, har dårlige støbe- og mekaniske behandlingsegenskaber.

Styrken med høj temperatur (især krybstyrke) er normalt lavere end for højkvalitetsvarmebestandigt stål og høje temperaturlegeringer.

sammenfatte
Varmebestandigt støbejern kan effektivt modstå oxidation og "vækst" -skade i høje temperatur oxiderende atmosfærer ved at tilføje specifikke legeringselementer (hovedsageligt SI, CR, AL) og kontrollere grafitmorfologien (fortrinsvis sfærisk) og matrixstruktur (fortrinsvis ferrit eller austenit). Det er et økonomisk og pålideligt materialevalg til fremstilling af høje temperaturkomponenter, såsom industrielle ovne, kedler og kemisk udstyr inden for temperaturområdet fra 600 grader C til 1100 grader C. I henhold til specifik arbejdstemperatur, atmosfære, stressforhold og omkostningsbehov, forskellige typer af varmebestandigt støbejern (høj silicium, silikonaluminum, høje krom, austhenitisk, kan osv.) Kan være.