Havacılık ve uzaydan enerji üretimine kadar değişen endüstrilerde, aşırı ısıya dayanma yeteneği, malzemeler için kritik bir gerekliliktir. Roket motorlarında, endüstriyel fırınlarda veya nükleer reaktörlerde - - - {- 'lık sıcaklıklar, yapısal bütünlüklerini koruyabilir. Bunlar arasında tungsten, aşırı ısıya katlanmak için en uygun metal olarak öne çıkıyor, ancak diğer metaller ve alaşımlar da yüksek - sıcaklık uygulamalarında hayati roller oynuyor.
Metaller için "aşırı ısı" tanımlamak
Metaller için, "aşırı ısı" tipik olarak çelik veya alüminyum gibi en yaygın metallerin yumuşamaya, gerilme mukavemetini kaybetmeye veya hatta erimeye başladığı 1000 derecenin üzerindeki f (538 derecenin) üzerindeki sıcaklıkları ifade eder. Bir metalin bu ısıya dayanma yeteneğini belirleyen temel özellikler şunları içerir:
Erime noktası: Bir metalin katıdan sıvıya geçtiği sıcaklık. Daha yüksek bir erime noktası, metalin aşırı sıcaklıklarda erime direnebileceği anlamına gelir.
Termal stabilite: Uzun süreli ısıya maruz kaldığında mekanik özellikleri (mukavemet ve sertlik gibi) koruma yeteneği.
Oksidasyon direnci: Korozyona veya bozulmaya neden olabilecek yüksek sıcaklıklarda oksijen ile reaksiyona direnme yeteneği.
Bu alanlarda mükemmel olan metaller, aşırı ısı uygulamaları için seçimler için -}.
Tungsten: Yüksek erime noktalarının şampiyonu
Tungsten, doğal olarak oluşan tüm metallerin en yüksek seviyesi olan 6.192 derece F (3.422 derece) - Olağanüstü erime noktası sayesinde aşırı ısıya dayanma söz konusu olduğunda diğer saf metaller tarafından eşsizdir. Bu, çeliğin erime noktasının (yaklaşık 2.500 derece f/1.371 derece) ve alüminyumun beş katından (1.221 derece f/660 derece) üç katın üzerindedir.
Erime noktasının ötesinde, Tungsten yüksek sıcaklıklarda gücünü korur. 1.093 derece (1.093 derece) bile, oda - sıcaklık gerilme mukavemetinin yaklaşık% 50'sini korur, bu da ısı altındaki yapısal bütünlüğün kritik olduğu uygulamalar için idealdir.
Bununla birlikte, Tungsten'in aşırı sıcaklıkta sınırlamaları vardır. Erime direnirken, korunmazsa 600 derecenin (316 derece) üzerindeki sıcaklıklarda oksitlenebilir (oksijenle reaksiyona girebilir). Bu, genellikle koruyucu bir kaplama gerektirdiği veya bozulmayı önlemek için inert ortamlarda (vakum veya gaz veya gaz - doldurulmuş odalar gibi) kullanılması gerektiği anlamına gelir.
Diğer ısı - dirençli metaller ve alaşımlar
Tungsten erime noktasına yol açarken, diğer metaller ve alaşımlar, genellikle ısı direnci, oksidasyon direnci ve mekanik mukavemet dengesi nedeniyle spesifik yüksek - sıcaklık senaryoları için daha uygundur:
Molibden: 4.753 derece F (2.623 derece) erime noktası ile molibden, ikinci - en yüksek erime saf metaldir. 1.093 dereceye kadar 2.000 dereceye kadar sıcaklıklarda gücü korur ve tungsten'den daha sünektir, bu da makineyi kolaylaştırır. Fırın bileşenlerinde, elektrik kontaklarında ve havacılık parçalarında kullanılır. Tungsten gibi, yüksek sıcaklıklarda oksitlenir ve oksijen - zengin ortamlarda koruma gerektirir.
Tantal: Tantalum, yüksek sıcaklıklarda bile 5.463 derece F (2.996 derece) ve mükemmel korozyon direncine sahiptir. Kimyasal işleme ekipmanlarında, nükleer reaktörlerde ve roket nozulları için bir kaplama olarak kullanılır. Hem ısı hem de kimyasal saldırıya direnme yeteneği, sert, yüksek - sıcaklık ortamlarında değerli hale getirir.
Nikel - tabanlı süperaloylar: Inconel veya Hastelloy gibi alaşımlar saf metaller değil, nikel, krom ve diğer element kombinasyonlarıdır. Tungsten veya molibdenin ultra - yüksek erime noktalarına sahip değiller (yaklaşık 2.300-2,500 derece f/1,260-1,370 derece), ancak termal stabilite ve oksidasyon direncinde mükemmeldirler. Örneğin Inconel, önemli bir bozulma olmadan 2.000 dereceye (1.093 derece) kadar sıcaklıklarda sürekli çalışabilir, bu da jet motorlarında, gaz türbinlerinde ve fırın gömleklerinde bir zımba haline getirir.
Krom: Krom, 3,465 derece F (1.907 derece) erime noktasına sahiptir ve ısıtıldığında yüzeyinde koruyucu bir oksit tabakası oluşturur ve daha fazla oksidasyonu önler. Isı ve korozyon direncini iyileştirmek için genellikle çelik alaşımlarına (paslanmaz çelik gibi) eklenir.
Rhenium: 5.767 derece F (3.186 derece) erime noktasına sahip nadir bir metal - sadece tungsten - için saniye, genellikle sünekliği ve oksidasyon direncini iyileştirmek için tungsten veya molibden ile alaşımdır. Rhenium - Tungsten alaşımları, hem ısı direncinin hem de dayanıklılığın gerekli olduğu yüksek - sıcaklık sensörlerinde kullanılır.
Isı uygulamaları - dirençli metaller
Metal seçimi, uygulamanın özel taleplerine bağlıdır:
Havacılık ve Savunma: Roket nozulları ve jet motoru bileşenleri tungsten'e (fırlatma sırasında aşırı ısı için) ve nikel - tabanlı süperaloylar (motor çekirdeklerinde sürekli yüksek sıcaklıklar için). Tungsten ayrıca sürtünmenin yoğun ısı ürettiği - delici mühimmatta da kullanılır.
Enerji üretimi: Nükleer santrallerde, radyasyona ve yüksek sıcaklıklara dayanması gereken reaktör bileşenlerinde molibden ve tantal kullanılır. Güneş termal enerji santrallerinde, - dirençli alaşımları ısıtır ve konsantre güneş ışığından ısıyı aktarır.
Endüstriyel imalat: Fırın ısıtma elemanları, 2.000 derecenin üzerindeki sıcaklıklara ulaşmak için genellikle tungsten veya molibden (inert atmosferlerde) kullanır. Çelik - - üfleme ekipmanına, nikel -} üfleme ekipmanlarına dayanır.
Elektronik: Akkor ampullerdeki tungsten filamentleri ve x - ışın tüpleri, erime olmadan parlamak için yüksek erime noktasını kullanır. Molibden, yüksek - sıcaklık anahtarları için elektrik kontaklarında kullanılır.
Bir metalin ısı direncini nasıl geliştirilir
Hatta - dirençli metaller aşırı koşullar için geliştirilebilir:
Alaşım: Metallerin (örneğin, tungsten renyum veya nikel ile krom ile karıştırılması) ısı direncini, sünekliği veya oksidasyon direncini artırabilir. Örneğin, tungsten'e% 5-10 renyum eklemek, yüksek sıcaklıklarda kırılganlığını azaltır.
Kaplamalar: Seramik kaplamalar (zirkonya gibi) veya metal kaplamalar (platin gibi) metalleri yüksek sıcaklıklarda oksidasyondan korur. Air - açık uygulamalarda kullanılan tungsten parçalarının genellikle bu tür kaplamaları vardır.
Çevre Kontrolü: İnert gaz ortamlarında (örn. Argon) veya vakumlarda metallerin kullanılması oksidasyonu önler, tungsten veya molibdenin tam ısıda - dirençli potansiyellerinde performans göstermesine izin verir.
Sonuç
Aşırı ısıya dayanma söz konusu olduğunda, Tungsten, eşsiz erime noktası ve yüksek sıcaklıklarda gücü koruma yeteneği sayesinde saf metaller arasında açık liderdir. Bununla birlikte, molibden, nikel - bazlı süperaloylar ve tantal - gibi diğer metaller ve alaşımlar belirli senaryolarda, özellikle oksidasyon direnci veya sadıklık ısı direnci kadar önemli olduğunda - mükemmeldir.
Metal seçimi uygulamaya bağlıdır: kontrollü ortamlardaki en yüksek sıcaklıklar için tungsten, havada sürekli ısı için nikel alaşımları ve ısı direnci ve işlenebilirlik dengesi için molibden veya tantal. Bu metalleri ve gelişmiş formlarını (alaşım veya kaplamalar yoluyla) kullanarak, endüstriler uzay araştırmalarından endüstriyel üretime kadar en zorlu - sıcaklık zorluklarıyla başa çıkabilir.
