Faktorët e kufizuar tempera operativ
Aplikacionet tipike që kërkojnë që materialet e dyfishta të ekspozohen ndaj kushteve të temperaturës së lartë janë enët nën presion, fletët e ventilatorit / shtytësit ose pastruesit e gazit të shkarkimit.Kërkesat për vetitë e materialit mund të variojnë nga forca e lartë mekanike deri te rezistenca ndaj korrozionit. Përbërja kimike e notave të diskutuara në këtë artikull janë renditur në tabelën 1.
Dekompozimi spinodal
Dekompozimi spinodal (i quajtur edhe çpërzierje ose historikisht si brishtësia 475 °C) është një lloj ndarje fazore në fazën ferritike, e cila ndodh në temperatura rreth 475 °C.Efekti më i theksuar është një ndryshim në mikrostrukturën, duke shkaktuar formimin e fazës α´, e cila rezulton në brishtësinë e materialit.Kjo, nga ana tjetër, kufizon performancën e produktit përfundimtar.
Figura 1 tregon diagramin e tranzicionit të kohës së temperaturës (TTT) për materialet duplekse të studiuara, me dekompozim spinodal të përfaqësuar në rajonin prej 475 °C.Duhet të theksohet se ky diagram TTT përfaqëson një ulje të rezistencës me 50% të matur nga testimi i rezistencës ndaj goditjes në ekzemplarët Charpy-V, i cili zakonisht pranohet si tregues i brishtësisë.Në disa aplikacione mund të jetë e pranueshme një ulje më e madhe e rezistencës, e cila ndryshon formën e diagramit TTT.Prandaj, vendimi për të vendosur një maksimum të caktuar OT varet nga ajo që konsiderohet të jetë një nivel i pranueshëm i brishtësisë, p.sh. reduktimi i rezistencës për produktin përfundimtar.Duhet përmendur se historikisht TTT-grafët janë prodhuar gjithashtu duke përdorur një prag të caktuar, si p.sh. 27J.
Nota më të larta të aliazheve
Figura 1 tregon se rritja e elementëve aliazh nga klasa LDX 2101 drejt shkallës SDX 2507 çon në një shkallë më të shpejtë të dekompozimit, ndërsa dupleksi i dobët tregon një fillim të vonuar të dekompozimit.Ndikimi i elementeve aliazh si kromi (Cr) dhe nikeli (Ni) në dekompozimin spinodal dhe brishtësinë është treguar nga hetimet e mëparshme. 5-8 Ky efekt ilustrohet më tej në figurën 2. Tregon se zbërthimi spinodal rritet kur temperatura është rritur nga 300 në 350 °C dhe është më i shpejtë për SDX 2507 të shkallës më të lartë të aliazhit sesa për DX 2205 më pak të aliazhuar.
Ky kuptim mund të jetë vendimtar për të ndihmuar klientët të vendosin për OT maksimale që është e përshtatshme për notën dhe aplikimin e tyre të zgjedhur.
Përcaktimi i temperaturës maksimale
Siç u përmend më parë, OT maksimale për materialin dupleks mund të vendoset sipas rënies së pranueshme të rezistencës ndaj goditjes.Në mënyrë tipike, miratohet OT që korrespondon me një vlerë prej 50% reduktim të rezistencës.
OT varet nga temperatura dhe koha
Pjerrësia në bishtet e kthesave në diagramin TTT në Figurën 1 tregon se dekompozimi spinodal nuk ndodh vetëm në një temperaturë pragu dhe ndalet nën atë nivel.Përkundrazi, është një proces konstant kur materialet dupleks ekspozohen ndaj temperaturave të funksionimit nën 475 °C.Megjithatë, është gjithashtu e qartë se, për shkak të shkallës më të ulët të difuzionit, temperaturat më të ulëta do të thotë se dekompozimi do të fillojë më vonë dhe do të vazhdojë shumë më ngadalë.Prandaj, përdorimi i materialit dupleks në temperatura më të ulëta mund të mos shkaktojë probleme për vite apo edhe dekada.Megjithatë, aktualisht ekziston një tendencë për të vendosur një OT maksimal pa marrë parasysh kohën e ekspozimit.Prandaj, pyetja kryesore është se çfarë kombinimi temperaturë-kohë duhet të përdoret për të vendosur nëse është i sigurt të përdoret një material apo jo?Herzman et al.10 e përmbledhin bukur këtë dilemë: “…Përdorimi më pas do të kufizohet në temperatura ku kinetika e çpërzierjes është aq e ulët sa nuk do të ndodhë gjatë jetës teknike të projektuar të produktit…”.
Ndikimi i saldimit
Shumica e aplikacioneve përdorin saldim për të bashkuar komponentët.Dihet mirë se mikrostruktura e saldimit dhe kimia e tij ndryshojnë nga materiali bazë 3 .Në varësi të materialit mbushës, teknikës së saldimit dhe parametrave të saldimit, mikrostruktura e saldimeve është kryesisht e ndryshme nga materiali me shumicë.Mikrostruktura është normalisht më e trashë dhe kjo përfshin gjithashtu zonën e prekur nga nxehtësia me temperaturë të lartë (HTHAZ), e cila ndikon në dekompozimin spinodal në saldime.Ndryshimi i mikrostrukturës midis pjesës më të madhe dhe saldimeve është një temë që shqyrtohet këtu.
Përmbledhja e faktorëve kufizues
Seksionet e mëparshme çojnë në përfundimet e mëposhtme:
- Të gjitha materialet dupleks janë subjekt
deri në zbërthimin spinodal në temperatura rreth 475 °C. - Në varësi të përmbajtjes së aliazhit, pritet një shkallë zbërthimi më e shpejtë ose më e ngadaltë.Përmbajtja më e lartë e Cr dhe Ni promovon depërzierje më të shpejtë.
- Për të vendosur temperaturën maksimale të funksionimit:
– Duhet të merret parasysh një kombinim i kohës së funksionimit dhe temperaturës.
– Duhet të vendoset një nivel i pranueshëm i uljes së qëndrueshmërisë, dmth., duhet vendosur një nivel i dëshiruar i qëndrueshmërisë përfundimtare - Kur futen komponentë shtesë mikrostrukturorë, siç janë saldimet, OT maksimale përcaktohet nga pjesa më e dobët.
Standardet globale
Për këtë projekt janë rishikuar disa standarde evropiane dhe amerikane.Ata u fokusuan në aplikimet në enët nën presion dhe komponentët e tubacioneve.Në përgjithësi, mospërputhja në lidhje me OT maksimale të rekomanduar midis standardeve të rishikuara mund të ndahet në një këndvështrim evropian dhe amerikan.
Standardet evropiane të specifikimit të materialit për çeliqet inox (p.sh. EN 10028-7, EN 10217-7) nënkuptojnë një OT maksimal prej 250 °C nga fakti se vetitë e materialit sigurohen vetëm deri në këtë temperaturë.Për më tepër, standardet evropiane të projektimit për enët nën presion dhe tubacionet (EN 13445 dhe EN 13480, respektivisht) nuk japin asnjë informacion të mëtejshëm në lidhje me OT maksimale nga ajo që jepet në standardet e tyre materiale.
Në të kundërt, specifikimi i materialit amerikan (p.sh. ASME SA-240 i seksionit ASME II-A) nuk paraqet fare të dhëna të temperaturës së ngritur.Këto të dhëna jepen në vend të kësaj në seksionin ASME II-D, "Properties", i cili mbështet kodet e përgjithshme të ndërtimit për enët nën presion, seksioni ASME VIII-1 dhe VIII-2 (këto të fundit ofrojnë një rrugë më të avancuar të projektimit).Në ASME II-D, maksimumi OT është shprehur qartë si 316 °C për shumicën e lidhjeve të dyfishta.
Për aplikimet e tubacioneve nën presion, si rregullat e projektimit ashtu edhe vetitë e materialit janë dhënë në ASME B31.3.Në këtë kod, jepen të dhëna mekanike për lidhjet e dyfishta deri në 316 °C pa një deklaratë të qartë të OT maksimale.Megjithatë, ju mund ta interpretoni informacionin në përputhje me atë që shkruhet në ASME II-D, dhe kështu, OT maksimale për standardet amerikane është në shumicën e rasteve 316 °C.
Përveç informacionit maksimal të OT, standardet amerikane dhe evropiane nënkuptojnë se ekziston rreziku për t'u përballur me brishtësinë në temperatura të larta (>250 °C) në kohë më të gjata ekspozimi, të cilat më pas duhet të merren parasysh si në fazën e projektimit ashtu edhe në fazën e shërbimit.
Për saldimet, shumica e standardeve nuk japin ndonjë deklaratë të fortë mbi ndikimin e dekompozimit spinodal.Megjithatë, disa standarde (p.sh. ASME VIII-1, Tabela UHA 32-4) tregojnë mundësinë për të kryer trajtime specifike termike pas saldimit.Këto nuk janë as të kërkuara dhe as të ndaluara, por gjatë kryerjes së tyre duhet të kryhen sipas parametrave të paracaktuar në standard.
Çfarë thotë industria
Informacioni i prodhuar nga disa prodhues të tjerë të çelikut të pandryshkshëm të dyfishtë u rishikua për të parë se çfarë komunikojnë ata në lidhje me diapazonin e temperaturës për notat e tyre.2205 është i kufizuar në 315 °C nga ATI, por Acerinox vendos OT për të njëjtën klasë në vetëm 250 °C.Këto janë kufijtë e sipërm dhe të poshtëm të OT për shkallën 2205, ndërsa ndërmjet tyre OT të tjera komunikohen nga Aperam (300 °C), Sandvik (280 °C) dhe ArcelorMittal (280 °C).Kjo tregon përhapjen e gjerë të OT-ve maksimale të sugjeruara vetëm për një klasë që do të zotërojë veti shumë të krahasueshme nga prodhuesi në prodhues.
Arsyetimi i sfondit se përse një prodhues ka vendosur një OT të caktuar nuk zbulohet gjithmonë.Në shumicën e rasteve, kjo bazohet në një standard të veçantë.Standarde të ndryshme komunikojnë OT të ndryshme, pra përhapja në vlera.Përfundimi logjik është se kompanitë amerikane vendosin një vlerë më të lartë për shkak të deklaratave në standardin ASME, ndërsa kompanitë evropiane vendosin një vlerë më të ulët për shkak të standardit EN.
Çfarë kanë nevojë klientët?
Në varësi të aplikimit përfundimtar, priten ngarkesa dhe ekspozime të ndryshme të materialeve.Në këtë projekt, brishtësia për shkak të dekompozimit spinodal ishte me interes më të madh pasi është shumë i zbatueshëm për enët nën presion.
Megjithatë, ka aplikacione të ndryshme të cilat i ekspozojnë klasat e dyfishta vetëm ndaj ngarkesave mekanike mesatare, si p.sh. pastruesit11–15.Një kërkesë tjetër lidhej me tehet dhe shtytësat e ventilatorit, të cilët janë të ekspozuar ndaj ngarkesave të lodhjes.Literatura tregon se dekompozimi spinodal sillet ndryshe kur aplikohet një ngarkesë lodhjeje15.Në këtë fazë, bëhet e qartë se OT maksimale e këtyre aplikacioneve nuk mund të vendoset në të njëjtën mënyrë si për enët nën presion.
Një klasë tjetër e kërkesave është vetëm për aplikime të lidhura me korrozionin, të tilla si pastruesit e gazit të shkarkimit detar.Në këto raste, rezistenca ndaj korrozionit është më e rëndësishme se kufizimi OT nën një ngarkesë mekanike.Megjithatë, të dy faktorët ndikojnë në funksionimin e produktit përfundimtar, i cili duhet të merret parasysh kur tregohet OT maksimale.Përsëri, ky rast ndryshon nga dy rastet e mëparshme.
Në përgjithësi, kur këshillohet një klient për OT maksimale të përshtatshme për shkallën e tyre të dyfishtë, lloji i aplikimit është i një rëndësie jetike në përcaktimin e vlerës.Kjo tregon më tej kompleksitetin e vendosjes së një OT të vetme për një shkallë, pasi mjedisi në të cilin është vendosur materiali ka një ndikim të rëndësishëm në procesin e brishtësisë.
Cila është temperatura maksimale e funksionimit për duplex?
Siç u përmend, temperatura maksimale e funksionimit përcaktohet nga kinetika shumë e ulët e dekompozimit spinodal.Por si ta masim këtë temperaturë dhe cilat janë saktësisht "kinetika e ulët"?Përgjigja për pyetjen e parë është e lehtë.Ne kemi thënë tashmë se matjet e rezistencës zakonisht kryhen për të vlerësuar shkallën dhe përparimin e dekompozimit.Kjo është vendosur në standardet e ndjekura nga shumica e prodhuesve.
Pyetja e dytë, se çfarë nënkuptohet me kinetikë të ulët dhe vlerën në të cilën vendosim një kufi të temperaturës është më komplekse.Kjo është pjesërisht pasi kushtet kufitare të temperaturës maksimale janë përpiluar si nga vetë temperatura maksimale (T) ashtu edhe nga koha e funksionimit (t) mbi të cilën mbahet kjo temperaturë.Për të vërtetuar këtë kombinim Tt, mund të përdoren interpretime të ndryshme të rezistencës "më të ulët":
• Kufiri i poshtëm, i cili është vendosur historikisht dhe mund të aplikohet për saldimet është 27 Xhaul (J)
• Brenda standardeve kryesisht 40J është vendosur si limit.
• Rënia prej 50% në rezistencën fillestare aplikohet gjithashtu shpesh për të vendosur kufirin e poshtëm.
Kjo do të thotë që një deklaratë mbi OT maksimale duhet të bazohet në të paktën tre supozime të dakorduara:
• Ekspozimi temperaturë-kohë i produktit përfundimtar
• Vlera minimale e pranueshme e rezistencës
• Fusha përfundimtare e aplikimit (vetëm kimia, ngarkesa mekanike po/jo etj.)
Njohuritë eksperimentale të bashkuara
Pas një studimi të gjerë të të dhënave dhe standardeve eksperimentale, ka qenë e mundur të përpilohen rekomandime për katër klasat e dyfishta në shqyrtim, shih tabelën 3. Duhet pranuar se shumica e të dhënave janë krijuar nga eksperimentet laboratorike të kryera me hapa të temperaturës prej 25 °C .
Duhet gjithashtu të theksohet se këto rekomandime i referohen të paktën 50% të qëndrueshmërisë së mbetur në RT.Kur në tabelën "periudhë më e gjatë kohore" tregohet, nuk është dokumentuar një rënie e ndjeshme në RT.Për më tepër, saldimi është testuar vetëm në -40 °C.Së fundi, duhet theksuar se për DX 2304 parashikohet një kohë më e gjatë ekspozimi, duke marrë parasysh rezistencën e tij të lartë pas 3000 orësh testimi.Megjithatë, deri në çfarë mase mund të rritet ekspozimi duhet të verifikohet me testime të mëtejshme.
Ka tre pika të rëndësishme për t'u theksuar:
• Gjetjet aktuale tregojnë se nëse saldimet janë të pranishme, OT zvogëlohet me rreth 25 °C.
• Pikat afatshkurtëra (dhjetëra orë në T=375 °C) janë të pranueshme për DX 2205. Duke qenë se DX 2304 dhe LDX 2101 janë shkallë më të ulëta të aliazhit, duhet të jenë gjithashtu të pranueshme edhe rritje të krahasueshme të temperaturës afatshkurtra.
• Kur materiali është i brishtë për shkak të dekompozimit, trajtimi termik zbutës në 550 – 600 °C për DX 2205 dhe 500 °C për SDX 2507 për 1 orë ndihmon në rikuperimin e qëndrueshmërisë me 70%.
Koha e postimit: Shkurt-04-2023