فلزات مقاوم به حرارت و کاربرد آن ها

برخی از فلزات نسبت به حرارت، مقاومت بالایی دارند. یعنی به راحتی در برابر دماهای بالا، نرم نمی شوند، دچار سایش نمی شوند و تغییر شکل هم نمی دهند. این دسته از فلزات می توانند دماهای بالا تا 500 درجه سانتی گراد و حتی بالاتر را به راحتی تحمل کنند.

فلزات مقاوم به حرارت

همچنین یکی دیگر از ویژگی هایی که یک فلز مقاوم به حرارت دارا می باشد، مقاومت آن نسبت به گازهای مختلف، اکسیدهای کربن، بخار آب و گاز های گوگرد دار است. فلزات مقاوم به حرارت متعددی در طبیعت وجود دارد، البته این فلزات، ساختار و ویژگی های متمایزی نیز نسبت به یکدیگر دارند که سبب شده است از هریک از آن ها بتوان در صنایع مختلف استفاده کرد.

در ادامه این مطلب فلزات مقاوم به حرارت را به شما معرفی می کنیم.

فلز مقاوم به حرارت نیکل

نیکل را می توان از جمله مهم ترین آلیاژهایی دانست که در برابر حرارت مقاوم است. نیکل دارای استحکام مکانیکی بالایی است و سطح آن دارای ثبات مناسبی می باشد.

فلز مقاوم به حرارت استیل

استنلس استیل در برابر خوردگی و در برابر حرارت بسیار مقاوم است، این خصوصیت سبب شده که نگهداری از آن ها نیز کار ساده ای باشد. معمولا این آلیاژ را با آلیاژهای دیگر مانند کروم، مولیبدن و نیکل ترکیب می کنند و آن ها را به صورت ورقه به بازار عرضه می کنند.

فلز مقاوم به حرارت تیتانیوم

تیتانیوم یکی از فلزات مقاوم به حرارت است که در برابر سایر عواملی مانند خوردگی و خستگی مقاوم می باشد. ویژگی ها و خصوصیات تیتانیوم آن را به یک فلز ایده آل برای کارهای دریایی مانند ساخت کشتی و صنایع نظامی تبدیل کرده است.

فلز مقاوم به حرارت کروم

کروم یک فلز سخت و شکننده و در عین حال مقاوم به حرارت است. کروم یک عامل آلیاژی بسیار پرکاربرد است که دارای مقاومت بالایی نسبت به خوردگی می باشد. این فلز از جمله فلزاتی است که به عنوان آلیاژ در فولاد به کار می رود و از آن برای صنایع خودرو سازی، صنایع ساختمانی و انرژی استفاده می شود.

فلز مقاوم به حرارت کلمبیوم

کلمبیوم یک فلز مقاوم به حرارت است که با نام نیوبیم نیز شناخته می شود. این فلز از سایر فلزات مقاوم به حرارت چگالی کم تری دارد. خصوصیت انعطاف پذیر بودن و مقاومت آن به حرارت سبب شده به عنوان آلیاژ در فولاد مورد استفاده قرار بگیرد. ماهیت این فلز وزن سبک و قابل اعتماد بودن آن است که باعث شده در کاربردهای پزشکی و جراحی بتوان از نیوبیم استفاده کرد.

فلز مقاوم به حرارت مولیبدن

یکی از فلزات مقرون به صرفه، فراوان و مقاوم به حرارت، مولیبدن است. مولیبدن دارای استحکام بالایی است و انعطاف پذیر می باشد. استفاده از این فلز به عنوان آلیاژ در فولاد سبب می شود که فولاد در دماهای بالا مستحکم باشد و در برابر خوردگی مقاوم شود.

فلز مقاوم به حرارت تانتالیوم

برای ساخت سوپر آلیاژها از فلز نسوز تانتالیوم استفاده می شود. این فلز دارای خصوصیات مناسبی در برابر خوردگی می باشد که سبب شده بتوان از آن ها در کارخانه های فراوری شیمیایی استفاده کرد. در کاربردهای الکتریکی حساس به حرارت این فلز خواص اکسیداسیون مناسبی از خود نشان می دهد.

فلز مقاوم به حرارت تنگستن

تنگستن در دماهای بسیار بالا مانند 1650 درجه سانتی گراد دارای استحکام کششی است. این فلز بالاترین نقطه ذوب را در بین تمامی فلزات مقاوم به حرارت دارا می باشد، همچنین دارای ضریب انبساطی بسیار پایینی نیز است. تنگستن بسیار شکننده است و درنتیجه نمی توان از آن به تنهایی استفاده کرد و باید از آن به عنوان آلیاژ در ترکیب با مواد دیگر استفاده شود.

کاربرد فلز مقاوم به حرارت

از فلزات مقاوم به حرارت که به عنوان فلزات نسوز نیز شناخته می شوند، در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند که مهم ترین آن ها عبارت هستند از:

• صنایع هوا فضا
• کاربردهای نظامی
• کاربردهای الکتریکی
• پالایشگاه ها
• راکتورهای هسته ای
• در محیط های دارای گرمای شدید
• دیگ بخار
• صنعت خودرو
• صنعت شیشه
• صنعت سرامیک
• ماشین آلات تخصصی

فولاد مقاوم به حرارت

فولاد مقاوم به حرارت از ترکیب شدن چندین آلیاژ به دست می آید. هر یک از این آلیاژها دارای خواص جداگانه ای هستند. بنابراین باید آن ها را به گونه ای ترکیب کرد تا بتوان به یک فولاد مقاوم به حرارت رسید. فولاد مقاوم به حرارت باید بتواند دماهایی در بازه 500 تا 1200 درجه سانتی گراد را تحمل کند. یکی از پرکاربردترین فولادهای گرمکار، فولاد 2344 است که در بخش های بعدی راجع به آن صحبت خواهد شد.

انواع آلیاژهای به کار رفته در فولاد نسوز

به منظور ساخت فولاد از آلیاژ های متنوعی استفاده می شود ترکیب این آلیاژ ها بستگی به کاربرد های فولاد دارند. آلیاژهای مورد استفاده در فولادهای مقاوم به حرارت عبارت هستند از:

1. آلیاژ کروم
2. آلیاژ کروم – نیکل
3. آلیاژ نیکل – کروم
4. آلیاژ نسوز مولیبدن

انواع فولادهای نسوز

فولاد هایی که می توان آن ها را در دسته مقاوم به حرارت و یا نسوز قرارداد، تنها یک نوع خاص نیستند و می توانند ترکیبی از آلیاژهای مختلف باشند. در ادامه به برخی از این فولادها اشاره می کنیم:

فولاد گرم کار

در صورتی که بخواهید از فولاد در دماهای بالاتر از 316 درجه سانتی گراد استفاده کنید، فولاد گرمکار انتخاب مناسبی است. عناصری مانند Co و W و Mo در این نوع فولاد به کار می روند. این عناصر در برابر نرم شدن در دماهای بالا، مقاومت بسیار خوبی دارند. به منظور بالا بردن مقاومت حرارتی فولاد گرمکار، از عنصر وانادیوم نیز بهره گرفته می شود. این عنصر کمک می کند که فولاد، مقاومت بهتری در برابر سایش داشته باشد.

انواع فولاد گرمکار

فولاد گرمکار به دو دسته مهم تقسیم می شود. دسته اول از انواع فولاد گرمکار، دارای عنصر اصلی مولیبدن هستند. عنصر اصلی به کار رفته در دسته دوم از انواع فولاد گرمکار نیز تنگستن است. فولادهای مولیبدن دار یا همان دسته اول از انواع فولاد گرمکار، نسبت به دسته دوم در برابر شوک حرارتی، مقاومت بسیار بیشتری دارند. در نتیجه به منظور سرد کردن آن ها می توان از آب استفاده کرد.

دسته دوم از انواع فولادهای گرمکار ، نسبت به دسته اول، مقاومت بیشتری در برابر خستگی حرارتی و نرم شدن از خود نشان می دهند. چقرمگی دسته دوم فولادهای گرمکار از فولادهای گرمکار دسته اول پایین تر است. همین امر سبب می شود که آن ها بتوانند تنش های مکانیکی شدید را برای مدت های طولانی تحمل کنند.

فولاد ابزار گرمکار با استاندارد H

فولادهای گرم کار با استاندارد h به فولادهای گفته می شود که کروم دار هستند. لیستی از فولادهای دارای استاندار H عبارتند از :

1. فولاد 1/2365 یا H10
2. فولاد H11
3. فولاد 1/2343
4. فولاد گرمکار 1/2605 یا H12
5. فولاد گرمکار 1/2344 یا H13
6. فولاد H14
7. فولاد گرمکار H19
8. فولاد 1/2581 یا H21
9. فولاد H26
10. فولاد 1/2714
11. فولاد H42

دربین فولادهای گرم کار با استاندارد h سه فولاد h11 h12 , h13 پرکاربرد ترین آنها هستند که در ادامه به بررسی فولاد h13 می پردازیم.

فولاد ابزار گرمکار 2344 یا H13

فولاد 2344 یا H13، یک گرید از فولاد های نسوز است که برای کار های حرارتی مورد استفاده قرار می گیرد. آلیاژهای به کار رفته در این نوع فولاد، وانادیوم، مولیبدن و کروم هستند. این عناصرسبب می‌شوند که مقاومت فولاد در برابر شوک و ضربه افزایش قابل توجهی پیدا کند. در صورتی که عنصر وانادیوم در این گرید از فولاد، بیشتر مورد استفاده قرار گیرد، سایش در درجه حرارت های پایین و بالا برطرف خواهد شد.

کاربرد فولاد 2344

از فولاد ابزار گرمکار 2344 یا H13، به منظور انجام کارهای ریخته گری منیزیوم و روی و آلومینیوم استفاده زیادی می شود. کروم موجود در فولاد ابزار گرمکارH13 از نرم شدن ‏این نوع فولاد در حرارت های بالا جلوگیری می کند. متداول ترین کاربردهای فولاد2344 در ساخت قالب های پلاستیکی، پتک کاری، پتک کاری برنج، قالب های مهار کننده داغ و تجهیزات اکستروژن داغ می باشد همچنین برای ساخت مهره، پیچ، پرچ و بولت از فولاد H13 استفاده می شود.

مزایای فولاد مقاوم به حرارت

فولاد مقاوم به حرارت، دارای مزایای زیادی است. برخی از آن ها عبارت هستند از:

1. فولاد مقاوم به حرارت، نسبت به بخار آب، مقاومت بالایی دارد.
2. فولاد نسوز، نسبت به خستگی و خزش در دماهای بسیار بالا، مقاوم است.
3. فولاد نسوز، نسبت به اکسید کربن مقاوم است.
4. در مقابل فرسایش و ساییدگی مستحکم است و به سادگی فرسوده نمی شود.

معایب فولاد مقاوم به حرارت

شاید با مطالعه مزایای فولاد مقاوم به حرارت، به این فکر بیفتید که هر کارفرمایی می‌ تواند به صورت گسترده از این نوع فولاد استفاده کند و کارهای خود را پیش ببرد. متاسفانه فولاد مقاوم به حرارت دو مشکل اساسی دارد که باعث می شود، استفاده از آن توسط کارفرمایان محدود شود. اولین مشکل، قیمت بالای آن است و مشکل دیگر نیز تولید محدود این نوع فلز در کارخانه های تولید فولاد است.

موارد کاربرد فولادهای مقاوم به حرارت در صنایع مختلف

مهم ترین ویژگی که فولادهای مقاوم به حرارت دارند، همان طور که از نام آن ها مشخص است، همین مقاومت بالای آن ها در برابر دماهای زیاد است. این نوع فولاد با نام فولاد نسوز هم معروف است. مهم ترین استفاده از فولادهای نسوز در ساخت ابزار آلات و تجهیزاتی است که در دمای خیلی زیاد کار می کنند. دلیل این امر هم این است که این نوع تجهیزات و ابزارآلات نباید در دمای بالا تغییر شکل بدهند. البته فولادهای مقاوم به حرارت به جز ویژگی تحمل دمای بالا، آن قدر دارای ویژگی‌های مثبت دیگری نیز هستند که از آن ها در صنایع مختلف و به منظور ساخت تجهیزات و ابزار آلات متنوع استفاده می شود.

کاربرد فولادهای مقاوم در صنایع مختلف زیاد است بنابراین نمی توانیم به همه آن ها در این مقاله اشاره کنیم. یک سری از موارد عبارت هستند از:

1. ساخت انواع قالب های شیشه ای و کریستالی
2. ساخت انواع قطعات و اجزای کوره های عملیاتی حرارتی
3. ساخت انواع پره های توربین های بخاری و گازی
4. ساخت انواع نیروگاه ها
5. ساخت انواع کوره های تولیدی و پخت محصولات آلیاژی متنوع

فولاد ابزار سردکار

فولاد ابزار سردکار و یا همان فولاد سردکار به دستهای از فولاد گفته می شود که در دماهای پایین کاربرد دارند این دسته از فولاد ها می توانند نسبت به سایش در دماهای پایین مقاومت بالایی از خود نشان دهند. دقیقاً برعکس فولادهای گرم کار، فولاد سردکار نمی تواند سختی خود را در دماهای بالا حفظ کند. عناصر به کار رفته در فولاد ابزار سردکار، تنگستن و منگنز و مولیبدن و کروم هستند. فولاد سردکار به دو دسته زیر تقسیم می شود:

1. فولاد ابزار سردکار غیر آلیاژی و یا کربنی
2. فولاد ابزار سردکار آلیاژی

هر یک از دو دسته از انواع فولاد ابزار سردکار، خود به زیر دسته هایی تقسیم می شوند. از مشهورترین فولاد ابزار سردکار آلیاژی، فولاد 2379 است. از مهم ترین کاربرد های فولاد 2379، برش ورق های گالوانیزه و ورق های سیاه است. ضخامت ورق هایی که توسط این نوع فولاد برش داده می شوند بین ۴ تا ۸ میلی متر است.

بیشتر بخوانید: تفاوت فولاد گرمکار و سردکار چیست؟