การหล่อเหล็กทนความร้อนโดยกระบวนการหล่อการลงทุน

เหล็กทนความร้อนหมายถึงเหล็กที่มีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงและมีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงเป็นเงื่อนไขสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าชิ้นงานจะทำงานได้นานที่อุณหภูมิสูง ในสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์ เช่น อากาศที่มีอุณหภูมิสูง ออกซิเจนจะทำปฏิกิริยาทางเคมีกับพื้นผิวเหล็กเพื่อสร้างชั้นเหล็กออกไซด์ต่างๆ ชั้นออกไซด์จะหลวมมาก สูญเสียลักษณะเดิมของเหล็ก และหลุดร่วงง่าย เพื่อปรับปรุงความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงของเหล็ก องค์ประกอบอัลลอยด์จะถูกเพิ่มลงในเหล็กเพื่อเปลี่ยนโครงสร้างออกไซด์ องค์ประกอบโลหะผสมที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ โครเมียม นิกเกิล โครเมียม ซิลิคอน อลูมิเนียมและอื่น ๆ ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงของเหล็กนั้นสัมพันธ์กับองค์ประกอบทางเคมีเท่านั้น

ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงหมายถึงความสามารถของเหล็กในการรับภาระทางกลเป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูง เหล็กมีผลกระทบหลักสองประการภายใต้ภาระทางกลที่อุณหภูมิสูง สิ่งหนึ่งคือการอ่อนตัวลงนั่นคือความแรงจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ประการที่สองคือการคืบคลาน นั่นคือภายใต้การกระทำของความเครียดคงที่ ปริมาณของการเสียรูปพลาสติกจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นตามเวลา การเสียรูปแบบพลาสติกของเหล็กที่อุณหภูมิสูงเกิดจากการลื่นภายในเกรนและการลื่นของขอบเกรน เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงของเหล็ก มักจะใช้วิธีการผสม นั่นคือองค์ประกอบโลหะผสมจะถูกเพิ่มเข้าไปในเหล็กเพื่อปรับปรุงแรงยึดเกาะระหว่างอะตอมและสร้างโครงสร้างที่ดี การเติมโครเมียม โมลิบดีนัม ทังสเตน วาเนเดียม ไทเทเนียม ฯลฯ สามารถเพิ่มความแข็งแกร่งให้เมทริกซ์เหล็ก เพิ่มอุณหภูมิการตกผลึกซ้ำ และยังสามารถสร้างเฟสคาร์ไบด์หรือสารประกอบระหว่างโลหะ เช่น Cr23C6, VC, TiC เป็นต้น ขั้นตอนการเสริมความแข็งแกร่งเหล่านี้คือ มีเสถียรภาพที่อุณหภูมิสูง ไม่ละลาย ไม่รวมตัวกันเพื่อการเจริญเติบโต และรักษาความแข็งไว้ นิกเกิลจะถูกเติมเพื่อให้ได้มาเป็นหลักออสเทนไนต์- อะตอมในออสเทนไนต์ถูกจัดเรียงแน่นกว่าเฟอร์ไรต์ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมจะแข็งแกร่งกว่า และการแพร่กระจายของอะตอมทำได้ยากกว่า ดังนั้นออสเทนไนต์มีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงจึงดีกว่า จะเห็นได้ว่าความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงของเหล็กทนความร้อนไม่เพียงเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบทางเคมีเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับโครงสร้างจุลภาคด้วย

ทนความร้อนด้วยโลหะผสมสูงการหล่อเหล็กใช้กันอย่างแพร่หลายในกรณีที่อุณหภูมิในการทำงานเกิน 650 ℃ การหล่อเหล็กทนความร้อนหมายถึงเหล็กที่ทำงานที่อุณหภูมิสูง การพัฒนาการหล่อเหล็กทนความร้อนมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของภาคอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น โรงไฟฟ้า หม้อไอน้ำ กังหันก๊าซ เครื่องยนต์สันดาปภายใน และเครื่องยนต์ทางอากาศ เนื่องจากอุณหภูมิและความเค้นที่ใช้โดยเครื่องจักรและอุปกรณ์ต่างๆ รวมถึงสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ประเภทของเหล็กที่ใช้จึงแตกต่างกันเช่นกัน

มาตรฐานเหล็กหล่อทนความร้อนในประเทศต่างๆ
1) มาตรฐานจีน
GB/T 8492-2002 "เงื่อนไขทางเทคนิคสำหรับการหล่อเหล็กทนความร้อน" ระบุเกรดและคุณสมบัติทางกลอุณหภูมิห้องของเหล็กหล่อทนความร้อนต่างๆ
2) มาตรฐานยุโรป
มาตรฐานเหล็กหล่อทนความร้อน EN 10295-2002 ได้แก่ สแตนเลสทนความร้อนออสเทนนิติก สแตนเลสทนความร้อนเฟอร์ริติก และสแตนเลสทนความร้อนดูเพล็กซ์ออสเทนนิติก-เฟอริติก รวมถึงโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นองค์ประกอบหลักและโลหะผสมที่มีโคบอลต์เป็นหลัก
3) มาตรฐานอเมริกัน
องค์ประกอบทางเคมีที่ระบุใน ANSI/ASTM 297-2008 "การหล่อเหล็กทนความร้อนสำหรับเหล็กอุตสาหกรรมทั่วไป - โครเมียม, เหล็ก - โครเมียม - นิกเกิล" เป็นพื้นฐานสำหรับการยอมรับ และการทดสอบสมรรถนะทางกลจะดำเนินการเฉพาะเมื่อผู้ซื้อร้องขอที่ เวลาสั่งซื้อ มาตรฐานอื่นๆ ของอเมริกาที่เกี่ยวข้องกับเหล็กหล่อทนความร้อน ได้แก่ ASTM A447/A447M-2003 และ ASTM A560/560M-2005
4) มาตรฐานเยอรมัน
ใน DIN 17465 "เงื่อนไขทางเทคนิคสำหรับการหล่อเหล็กทนความร้อน" องค์ประกอบทางเคมี คุณสมบัติทางกลที่อุณหภูมิห้อง และคุณสมบัติทางกลที่อุณหภูมิสูงของเกรดเหล็กหล่อทนความร้อนต่างๆ มีการระบุแยกกัน
5) มาตรฐานญี่ปุ่น
เกรดใน JISG5122-2003 "การหล่อเหล็กกล้าทนความร้อน" โดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกับ American Standard ASTM
6) มาตรฐานรัสเซีย
มีเกรดเหล็กหล่อทนความร้อน 19 เกรดที่ระบุใน GOST 977-1988 รวมถึงเหล็กทนความร้อนโครเมียมปานกลางและโครเมียมสูง

อิทธิพลขององค์ประกอบทางเคมีต่ออายุการใช้งานของเหล็กทนความร้อน
มีองค์ประกอบทางเคมีค่อนข้างหลากหลายที่อาจส่งผลต่ออายุการใช้งานของเหล็กทนความร้อน ผลกระทบเหล่านี้แสดงให้เห็นในการเพิ่มความเสถียรของโครงสร้าง ป้องกันการเกิดออกซิเดชัน การก่อตัวและทำให้ออสเทนไนต์คงตัว และป้องกันการกัดกร่อน ตัวอย่างเช่น ธาตุหายากซึ่งเป็นธาตุในเหล็กทนความร้อน สามารถปรับปรุงความต้านทานออกซิเดชันของเหล็กได้อย่างมีนัยสำคัญ และเปลี่ยนเทอร์โมพลาสติกได้ วัสดุพื้นฐานของเหล็กและโลหะผสมทนความร้อนโดยทั่วไปจะเลือกโลหะและโลหะผสมที่มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างสูง พลังงานกระตุ้นการแพร่กระจายในตัวสูง หรือพลังงานข้อบกพร่องจากการซ้อนต่ำ เหล็กทนความร้อนและโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงหลายชนิดมีข้อกำหนดที่สูงมากในกระบวนการถลุง เนื่องจากการมีอยู่ของสารเจือปนหรือข้อบกพร่องทางโลหะวิทยาบางอย่างในเหล็กจะลดขีดจำกัดความแข็งแกร่งด้านความทนทานของวัสดุ

อิทธิพลของเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น การบำบัดสารละลายที่มีต่ออายุการใช้งานของเหล็กทนความร้อน
สำหรับวัสดุโลหะ การใช้กระบวนการบำบัดความร้อนที่แตกต่างกันจะส่งผลต่อโครงสร้างและขนาดเกรน ซึ่งจะทำให้ระดับความยากในการกระตุ้นด้วยความร้อนเปลี่ยนแปลงไป ในการวิเคราะห์ความล้มเหลวในการหล่อ มีหลายปัจจัยที่ทำให้เกิดความล้มเหลว ส่วนใหญ่ความล้าจากความร้อนจะนำไปสู่การเริ่มต้นและการพัฒนาของรอยแตกร้าว ในทำนองเดียวกัน มีปัจจัยหลายอย่างที่ส่งผลต่อการเริ่มต้นและการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว ปริมาณซัลเฟอร์มีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากรอยแตกร้าวส่วนใหญ่จะพัฒนาไปตามซัลไฟด์ ปริมาณกำมะถันได้รับผลกระทบจากคุณภาพของวัตถุดิบและการถลุง สำหรับการหล่อที่ทำงานภายใต้บรรยากาศการป้องกันของไฮโดรเจน หากมีไฮโดรเจนซัลไฟด์อยู่ในไฮโดรเจน การหล่อนั้นจะถูกซัลเฟอร์ไดซ์ ประการที่สอง ความเพียงพอของการบำบัดสารละลายจะส่งผลต่อความแข็งแรงและความเหนียวของการหล่อ