Højtemperatur materialer og ildfast stål
– TIL BRUG VED FREMSTILLING AF VENTILER
Hvordan definerer man ”højtemperatur”? – Det kan gradbøjes mange gange og for nogen er 400 grader højtemperatur – og for andre skal man op omkring 700 og 1000 grader før man kan tale om højtemperaturs applikationer. Hvilke materialer man bruger indenfor de forskellige temperatur klasser er også defineret af krav til styrken af materialet og hvor lang tid de udsættes for temperaturpåvirkningen.
Emnet er meget bredt men det væsentlige budskab må være at de høje temperaturer vil påvirke de gængse materialer både mht. brudstyrke, stress og træthed. Ligeledes forstærkes den negative påvirkning af f.eks. gasarter og kemi, ofte af en høj drift temperatur.
Mange mener at rustfrit stål er ildfast – og det er også rigtigt i et vist omfang, men det kræver at Chrom indholdet i stålet er på mere end 16-17%. Man vil typisk bruge konstruktionsstål op til 650grader og rustfrit stål i temperaturområdet op til 750 grader. Men kommer man over de 750 grader så bliver man nødt til at se på de såkaldte superlegeringer. Superlegeringer har meget høj smeltetemperatur og er modstandsdygtige overfor både oxidation og korrosion ved både høj og lav temperatur og bevarer det meste af deres styrke og sejhed på trods af de høje temperaturer.
Superlegeringer er meget omkostningstunge og bruges i dag primært i jetmotorer og raketmotorer. I ventil verdenen bruges superlegeringer ofte kun som belægninger på kritiske dele af ventilerne. Den mest kendte superlegering er nok Stellite, Hastelloy og Inconel.
Ud over brugen af metaller med et højt smeltepunkt i basislegeringerne, styrkes materialerne, ved hjælp af tilsætningsstoffer, der aktiverer en eller flere mekanismer for styrke.
Superlegeringer er legeringer som har stor mekanisk styrke og god modstandsdygtighed mod dimensionale ændringer ved høj temperatur, og god overfladestabilitet. De har et kromindhold på 10-20% for at højne modstanden mod oxidation og et meget lavt indhold af kulstof, og dermed udfældning af carbider og borider.
De færdige emner kan leveres i smedet eller støbt version. Smedede legeringer er finere struktureret end støbt og har bedre trækstyrke, mens grove korn i støbte emner forbedrer sejheden. Yderligere forbedring af de støbte emner kan opnås ved at justere kølebetingelserne under størkning, således at ”stilke krystallerne” er orienteret på langs og ligger i samme retning som den maksimale styrke under drift. Dette undgår store belastninger på tværs af korngrænserne. I kritiske dele af jetmotoren er der opnået fordelagtige resultater med pulvermetallurgiske fremstillingsprocesser. Når man specificerer et materiale til en høj temperatur service er det derfor vigtigt at man er opmærksom på hvordan træk-tryk belastningen er i forhold til smederetningen.
Nikkelbaserede legeringer giver den bedste styrke og langvarige egenskaber, og de anvendes for eksempel i roterende turbineblade. Koboltlegeringer har bedre korrosionsbestandighed. Jern-nikkel-legeringer er svagere ved høje temperaturer, men er korrosionsbestandige og lettere at smede og støbe. Så der er mange faktorer som skal tages i betragtning ved valget af høj temperatur materiale.
Superlegeringen Stellite er en række cobalt-chromlegeringer designet til høj slidstyrke. Legeringerne kan også indeholde wolfram eller molybdæn og en lille, men vigtig mængde carbon. I forbindelse med ventiler benyttes Stellite til fremstilling af ventilens interne dele, så som trim i reguleringsventiler. Inconel bruges ofte som en cladding i forbindelse med afspærringsventiler på områder i ventilen som er særligt udsatte for f.eks. et korrosivt og slidende medie.
Superlegeringer er “vanskelige” materialer i den forstand, at de ønskede egenskaber er fast bundet til en kompleks mikrostruktur og kræver anvendelse af rene udgangsmaterialer, den korrekte sammensætning, og at al behandling, fra støbning til varmebehandling, udføres korrekt.
ProMetal kan i samarbejde med deres materiale producenter, vejlede og levere både ventiler og smedegods som passer til jeres behov. Kontakt os gerne for yderligere information.
