چه عواملی بر مقاومت شوک حرارتی ریخته گری های نسوز نامحدود تأثیر می گذارد؟

ریخته گری نسوز نامحدود یک ماده نسوز است که معمولاً در صنایع با دمای بالا استفاده می شود. دارای انعطاف پذیری قوی است و می تواند با توجه به محیط های کاربردی مختلف تنظیم شود. این ماده عمدتاً در زمینه های فولاد، شیشه، سیمان، پتروشیمی و سایر زمینه ها استفاده می شود و نقش پوشش محافظ را در تجهیزات با دمای بالا ایفا می کند. مقاومت در برابر شوک حرارتی یکی از ویژگی های مهم این ماده است که تعیین می کند آیا می تواند پایداری ساختاری را در نوسانات شدید دما حفظ کند یا خیر. در ادامه به طور مفصل عوامل اصلی موثر بر مقاومت شوک حرارتی ریخته گری های نسوز نامحدود را معرفی می کنیم.

1. ترکیب مواد
مقاومت شوک حرارتی ریخته گری های نسوز نامحدود تا حد زیادی به ترکیب مواد آن بستگی دارد. اجزای متداول شامل سنگدانه های نسوز، چسباننده ها و مواد افزودنی است.
سنگدانه های نسوز: موادی مانند بوکسیت با آلومینا بالا و منیزیم می توانند استحکام مواد در دمای بالا را افزایش دهند. توزیع اندازه و شکل ذرات سنگدانه و ضریب انبساط حرارتی خود ماده بر مقاومت شوک حرارتی تأثیر می گذارد. به طور کلی، سنگدانه های ریزدانه به احتمال زیاد ساختار متراکمی را تشکیل می دهند و در نتیجه مقاومت در برابر شوک حرارتی را بهبود می بخشند.
بایندر: سیمان یا پلیمر با آلومینا بالا یک چسب معمولی است. بایندر نقش اتصال و پشتیبانی ساختاری را در مواد نسوز بازی می کند، اما انواع مختلف بایندرها اثرات متفاوتی بر مقاومت در برابر شوک حرارتی دارند. بایندرهای بهتر می توانند به طور موثر در برابر تنش انبساط حرارتی در هنگام تغییر دما مقاومت کنند و در نتیجه از ایجاد ترک جلوگیری کنند.
مواد افزودنی: با افزودن عناصر کمیاب مانند پودر سیلیس و آلومینا می توان چگالی و پایداری مواد را افزایش داد. این افزودنی ها می توانند به کاهش تنش حرارتی داخل ماده کمک کرده و خطر ترک خوردگی مواد را در هنگام تغییر دما کاهش دهند.

2. ضریب انبساط حرارتی
ضریب انبساط حرارتی ماده مستقیماً میزان تغییر ابعادی آن را تحت تغییرات دما تعیین می کند. اگر ضریب انبساط حرارتی ماده بیش از حد بزرگ باشد، به دلیل انبساط حجمی یا انقباض هنگامی که دما به شدت تغییر می کند، به راحتی ترک می شود.
مقاومت شوک حرارتی ریخته گری های نسوز نامحدود باید مطابقت ضرایب انبساط حرارتی بین مواد را در نظر بگیرد. با انتخاب منطقی اجزای مختلف مواد نسوز و بهینه سازی ضرایب انبساط حرارتی هر جزء، تنش بین مواد مختلف را می توان به طور موثر کاهش داد و در نتیجه مقاومت کلی در برابر شوک حرارتی را بهبود بخشید.

3. تراکم مواد
چگالی ریخته گری های نسوز نامحدود عامل مهم دیگری است که به طور مستقیم بر مقاومت شوک حرارتی آن تأثیر می گذارد. مواد با چگالی بالا می‌توانند حضور منافذ را کاهش دهند و این مواد را در برابر ترک‌خوردگی در دمای بالا و محیط‌های خنک‌کننده و گرمایش سریع‌تر مقاوم می‌کنند.
تخلخل کم: منافذ نقاط ضعیفی در مواد هستند و مستعد تبدیل شدن به نقاط تمرکز تنش هستند. هنگامی که دما به سرعت تغییر می کند، تنش اطراف منافذ زیاد است که ممکن است باعث ایجاد ترک شود. بنابراین، کنترل چگالی مواد می تواند به طور قابل توجهی مقاومت شوک حرارتی را با کاهش وجود منافذ و ترک ها بهبود بخشد.
چگالی ساختاری: در طول فرآیند ساخت و ساز، درمان ارتعاش مناسب و فناوری قالب گیری می تواند ساختار مواد را متراکم تر کند، از وجود حفره ها در داخل جلوگیری کند و در نتیجه مقاومت شوک حرارتی را بهبود بخشد.

4. تعداد چرخه های شوک حرارتی
این ماده در حین استفاده تحت چندین چرخه شوک حرارتی قرار می گیرد، یعنی دما از دمای بالا به دمای پایین کاهش می یابد و سپس از دمای پایین به دمای بالا افزایش می یابد. تعداد و دامنه چرخه های شوک حرارتی تأثیر مهمی بر مقاومت شوک حرارتی دارد.
تعداد کم شوک حرارتی: تحت تعداد معینی شوک حرارتی، مواد ممکن است ترک های آشکاری را نشان ندهند. با این حال، با افزایش تعداد شوک‌های حرارتی، ریزترک‌های موجود در مواد به تدریج گسترش می‌یابند و در نهایت منجر به شکست مواد می‌شوند. بنابراین، انتخاب موادی که می توانند دماهای بالا و چرخه های شوک حرارتی متعدد را تحمل کنند، ابزار مهمی برای بهبود مقاومت در برابر شوک حرارتی است.
تفاوت دمای شوک حرارتی: اگر تغییر دما خیلی زیاد باشد، تنش حرارتی در داخل ماده به شدت افزایش می‌یابد، به خصوص زمانی که دمای سطح و داخلی ناهموار باشد، تنش حرارتی آشکارتر خواهد بود و منجر به ترک می‌شود. بنابراین، ریخته گری های دیرگداز نامحدود برای کاهش غلظت تنش ناشی از اختلاف دما، باید رسانایی حرارتی خوبی داشته باشند.

5. استحکام پیوند
مقاومت شوک حرارتی یک ماده ارتباط نزدیکی با استحکام پیوند ساختار داخلی آن دارد. هرچه استحکام پیوند بیشتر باشد، احتمال ترک خوردن مواد در هنگام مواجهه با تنش حرارتی خارجی کمتر می شود.
استحکام و چقرمگی مواد: مواد نسوز باید استحکام و چقرمگی خاصی داشته باشند، به ویژه در محیط های با دمای بالا. اگر استحکام ماده کافی نباشد، تنش حرارتی احتمالاً از محدوده تحمل آن فراتر می رود و منجر به آسیب مواد می شود. مواد با چقرمگی خوب می توانند بخشی از تنش حرارتی را جذب کنند و از انبساط ترک جلوگیری کنند.
پیوند رابط: ریخته گری های نسوز نامحدود از مواد مختلفی تشکیل شده اند، بنابراین استحکام اتصال رابط بین مواد مختلف نیز بر مقاومت کلی شوک حرارتی تأثیر می گذارد. اگر استحکام اتصال در سطح مشترک کافی نباشد، ممکن است در صورت تغییر شدید دما، ماده به راحتی لایه لایه شود یا از بین برود.