כיצד קצב הקירור במהלך שחול PFA משנה את חלוקת המתח השיורית במעטפות המחמם?
השאר הודעה
PFA שחולץ על ליבת מתכת עוזב את התבנית ב-350-400 מעלות ומתקרר לטמפרטורת החדר. קצב הקירור מכתיב כיצד שרשראות הפולימר קופאות במקומן, מה ששולט ישירות בחלוקת הלחץ השיורי דרך מעטפת המחמם הסופית. קצב הקירור המהיר (5-10 מעלות צלזיוס לדקה) מונע הרפיה של השרשראות וגורם ללחץ שיורי נמוך (1-3 MPa) המופץ באופן שווה בעובי הדופן. קירור מהיר (50-100 מעלות/דקה, למשל כיבוי מים) מקבע את השרשראות במצב מכוון ומביא למתח שיורי ניכר (5-10 MPa) המרוכז במשטחים הפנימיים והחיצוניים. הקירור המהיר מביא למתח מתיחה של 6-8 MPa על פני השטח הפנימי (ממשק PFA-metal) ולחץ לחיצה של 4-6 MPa על המשטח החיצוני עבור מעטפת PFA בעובי של 2 מ"מ. חלוקת מתח זו מאיצה את פיצוח הלחץ הסביבתי ומעודדת דה למינציה במהלך רכיבה תרמית. תנורי חימום בעלי אמינות רבה דורשים קירור איטי.
מנגנונים של קצב קירור והיווצרות מתח
כאשר ה-PFA המחולץ מתקרר, המשטח החיצוני מתמצק ראשון כשהוא במגע עם האוויר או המים הקרירים יותר. הליבה המחוממת גורמת לחלק הפנימי (לכיוון מרכז המתכת) להתקרר לאט יותר, כך שהוא נשאר מותך זמן רב יותר. התמצקות דיפרנציאלית זו גורמת לשיפוע טמפרטורה דרך הקיר. כשהעור החיצוני מתקשה ומתכווץ, הוא גורר את החלק הפנימי המותך החוצה, מותח את החיצוני ודוחס את הפנימי. לבסוף השכבה הפנימית מתמצקת ומתכווצת, נמשכת לאחור והופכת את מצב הלחץ. הלחץ השיורי הסופי מסתמך על קצב הקירור וההגבלה של ליבת המתכת.
למעטה נכבה במהירות (אמבט מים ב-20 מעלות, קצב קירור 80 מעלות/דקה) העור החיצוני מתמצק תוך 2-3 שניות. השכבה הפנימית מתקררת מתחת ל-200 מעלות תוך 30-60 שניות. השכבה החיצונית קופאת במתח (3-5 MPa), ואילו השכבה הפנימית קופאת במתח (5-8 MPa) מהשכבה החיצונית המתכווצת. התוצאה הייתה משטח פנימי במתח (דל) ומשטח חיצוני במתח (פחות נורא). הלחץ על פני השטח הפנימי מעדיף את התחלת הסדק במגע של PFA ומתכת.
עבור נדן שהתקרר בהדרגה (קירור-אוויר בתנור מבוקר טמפרטורה, 8 מעלות לדקה) שיפוע הטמפרטורה מעל הקיר קטן. הקיר מתמצק כמעט בבת אחת. הלחץ השיורי הוא מינימלי (1-2 MPa) ובעיקר דחיסה על פני השטח הפנימיים (מצוין, שכן דחיסה סוגרת סדקים מיקרו).
קצב כיבוי ומתח שיורי
קצב קירור (מעלה /דקה) טכניקת קירור מתח פני השטח הפנימי (MPa) מתח פני השטח החיצוניים (MPa) סוג מתח הממשק סיכון לדה-למינציה
תנור קריר, בהדרגה (חישול) 5-10 −1 עד −2 (דוחס) −1 עד −2 (דוחס) דוחס (טוב) נמוך מאוד
קריר אוויר (טמפרטורת החדר, אוויר דומם) 15–25 +1 עד +3 (מתיחה) 0 עד +1 (מתיחה) מתיחה קלה אוויר מאולץ נמוך (מאוורר) 30–50 +3 עד +5 +1 עד +3 מתיחה בינונית
כיבוי מים (קרים) 60-100 +6 עד +10 +3 עד +6 מתיחה גבוהה גבוהה
מרווה מי קרח 100–150 +10 עד +15 +5 עד +10 חוזק מתיחה גבוה מאוד גבוה במיוחד
הערה: (+) ערכים חיוביים מצביעים על מתח מתיחה; (-) שלילי מרמז על מתחי דחיסה.
השפעת מתח שיורי על ביצועי המחמם
קירור מהיר מוביל למתח מתיחה שיורי גבוה בממשק המתכת -PFA, שיש לו שלוש השפעות מזיקות:
פיצוח מתח סביבתי מואץ עם כימיקלים חזקים (חומצות, ממיסים עם כלור), המגע הלחוץ נשבר במתח נמוך יותר. אם המחמם עם לחץ שיורי של 8 MPa עלול להתנפץ ב-30% HCl ב-90 מעלות תוך 500 שעות, אותו מחמם עם לחץ שיורי של 2 MPa נמשך 5,000 שעות.
חיי מחזור תרמי מופחתים: כל מחזור חימום/קירור מוסיף מתחי התפשטות תרמית למתח השיורי. אם הסכום הוא יותר מעוצמת התשואה של PFA (12-15 MPa) הממשק מניב. המחמם מקורר במהירות (שארית 8MPa) + מתח תרמי (5MPa)=13MPa ~ תפוקה. 7 MPa בטוח עם מחמם מתקרר איטי (שארית 2 MPa) + מתח תרמי (5 MPa).
דלמינציה מוקדמת: ה-PFA נפרד מליבת המתכת עקב מתח מתיחה, ויוצר מיקרו-פערים. לחות מחלחלת לתוך החריצים ואז חימום הופך את הלחות לאדים, וחורך את הנדן.
איתור וייעוד
Residual stress can be determined by cutting a ring from the PFA sheath, making an axial slice, and measuring the resulting curvature (radius of curvature method). Fast cooled tubes curve into a tight circle (radius 20–50 mm), slow cooled tubes stay almost straight (radius >200 מ"מ).
ציין ברכש. מעטפת PFA תתקרר באיטיות לאחר שחול עם קצב קירור שלא יעלה על 15 מעלות לדקה מההמסה ל-100 מעלות. בקש מדידת מתח שיורי לפי ASTM D6991 (שיטת צינור חרוץ) עם קריטריון קבלה: רדיוס עקמומיות גדול או שווה ל-150 מ"מ עבור טבעת באורך 100 מ"מ.
מסקנה: קירור איטי מפחית מתח שיורי ב-70-80%.
קצב קירור ה-PFA שחול קובע את התפלגות המתח השיורית במעטפות המחמם ישירות. קירור מהיר (כיבוי מים) גורם למתח מתיחה גבוה (6-10 MPa) בממשק המתכת PFA- המוביל לסדיקת מתח, הפחתה בחיי המחזור התרמי ודלמינציה. קירור איטי (אוויר או תנור, 5-15 מעלות/דקה) מפחית מתח שיורי ל-1-3 MPa (דחיסה או מתיחה נמוכה) ומגדיל את חיי המחמם ב-3-5× בשימוש אגרסיבי. עבור כל מחמם המשמש לרכיבה תרמית או לתנאים קורוזיביים, ציין קירור איטי ואשר באמצעות בדיקת מאמץ שיורית. זמן העיבוד ארוך יותר (שעות מול דקות) ומעלה את עלות הייצור ב-10-20%, אך מוחזר על ידי חיי שירות ארוכים יותר. דוד שהתקרר במהירות הוא מתכון לאסון. לאט את זה להתקרר, להוריד את הלחץ, להאריך את זה חם. זה חוק השחול.
