O que é ferro fundido resistente ao calor?

O ferro fundido resistente ao calor é um tipo de material de ferro fundido projetado especificamente para operação de longo prazo em ambientes de alta temperatura (geralmente acima de 600 graus C) e mantendo um bom desempenho. Ao contrário do ferro fundido comum, ele pode resistir efetivamente:

Oxidação (descascamento): Em uma atmosfera oxidante de alta temperatura (como o ar), um filme de óxido denso, estável e altamente adesivo (como SiO ₂, Al ₂ O ∝, Cr ₂ o ∝) é formado na superfície para impedir que o oxigênio continue a se difundir e corroer o interior.

Crescimento: Essa é a fraqueza fatal do ferro fundido comum a altas temperaturas. Durante aquecimento e resfriamento repetidos, fatores como oxidação interna (infiltração de oxigênio ao longo de folhas de grafite ou limites de grãos), grafitização (decomposição de cementita em grafite), transformação de fase (ferrita\/transformação de austenita), etc., causam uma expansão de volume irreversível do material (até {0}}}}}}, peças. O ferro fundido resistente ao calor suprime muito o fenômeno do "crescimento" através do controle de liga e microestrutura.

A chave para o mecanismo de resistência ao calor
Elementos de liga: a resistência ao calor é alcançada principalmente pela adição de elementos como silício (SI), cromo (CR), alumínio (AL), etc.

Silicon (Si): It is the lowest cost and most widely used heat-resistant element. High silicon cast iron (>5% Si) forma um denso filme de proteção SiO ₂ em sua superfície. O silício também pode aumentar o ponto de transição de fase, reduzir a tensão de transição de fase e estabilizar a matriz de ferrita (a ferrita tem melhor resistência ao calor que a pérola\/cimentite).

Chromium (Cr): forms a very stable Cr ₂ O ∝ protective film with excellent oxidation resistance. Chromium can significantly improve high-temperature strength and hardness, stabilize carbides (but excessive carbides may affect thermal conductivity and thermal shock resistance). High chromium cast iron (>15% cr) possui excelente resistência ao calor.

Alumínio (AL): forma um filme de proteção denso e forte, com excelente resistência a oxidação. O alumínio também é um forte elemento de formação de ferrite. O ferro fundido de alto alumina tem excelente resistência ao calor, mas suas propriedades de fundição e processamento mecânico são ruins.

Níquel (NI): usado principalmente em ferro fundido austenítico resistente ao calor (como Ni Resist Series) para melhorar a resistência à alta temperatura, tenacidade, resistência à fadiga do calor e resistência à corrosão e a estabilizar a estrutura austenítica.

Morfologia de grafite: grafite esférica (ferro fundido nodular) tem maior resistência e tenacidade do que a grafite de flocos (ferro fundido cinza), e a grafite é isolada e distribuída, reduzindo os canais para o oxigênio para penetrar nos flocos de grafite e melhorar significativamente sua resistência ao crescimento. Portanto, a aplicação do ferro dúctil resistente ao calor excede em muito o de ferro fundido cinza resistente ao calor.

Estrutura da matriz: a matriz de ferrita é a estrutura da matriz mais usada para o ferro fundido resistente ao calor devido à sua falta de transformação de fase (ou alta temperatura de transformação de fase) durante aquecimento e resfriamento, alteração de pequeno volume e boa resistência ao crescimento. A matriz austenítica é estável em altas temperaturas e também possui boa resistência ao crescimento e força de alta temperatura.

Tipos principais (classificados por elementos e padrões de liga)
Ferro fundido resistente ao calor de alto silício: como RTSI5 (≈ 5% Si), RQTSI5 (ferro dúctil). Baixo custo, boa resistência antioxidante e crescimento abaixo de 900 graus C. amplamente utilizado.

Ferro fundido resistente ao calor de alumínio de silício: como RQTSI4AL1 (ferro dúctil, ≈ 4% Si +1% Al). A adição de alumínio melhora a densidade do filme protetor, e a temperatura resistente ao calor pode atingir 950-1050 grau C.

Ferro fundido resistente ao calor de silício de alumínio: como RQTAI4SI4 (ferro dúctil, ≈ 4% al +4% si), rtai5si5 (ferro cinza). A temperatura resistente ao calor pode atingir mais de 1100 graus C, mas o desempenho de fundição e processamento é ruim.

Ferro fundido resistente ao calor de cromo alto: como RQTCR16 (ferro dúctil, ≈ 16% Cr), RTCR16 (ferro cinza). Formando um filme de proteção Cr ₂ O, possui excelente resistência a oxidação, força de alta temperatura e pode suportar temperaturas até 900-1100 grau C. Também tem boa resistência ao desgaste.

Ferro fundido resistente ao calor baseado em níquel: como d -5 s (ni resiste d -5 s, contendo ni, cr, cu, etc.). A matriz austenítica possui excelente resistência à alta temperatura, resistência à fadiga do calor e resistência à corrosão, com uma temperatura de resistência ao calor de mais de 950 graus C. comumente usado em situações exigentes.

Principais áreas de aplicação
O ferro fundido resistente ao calor é amplamente utilizado em componentes de equipamentos industriais que requerem resistência a alta temperatura, como:

Forno de aquecimento e forno de tratamento térmico: Placa inferior do forno, barra de forno, trilho -guia, tanque de mufla, cesta de material, cadinho, tubo de radiação, moldura da porta do forno.

Componentes da caldeira: grade, bico de queimador, peças de trocador de calor.

Indústrias químicas e petroquímicas: suportes de tubos de rachadura, tubos de conversão, componentes da válvula de alta temperatura.

Kiln de cimento: placa de grade, placa de revestimento.

Indústria de fabricação de vidro: latas de recozimento, moldes.

Incinerator: Grate, Bandeja de Cinza.

vantagens e desvantagens
Vantagem:

Boa resistência a oxidação de alta temperatura e resistência ao crescimento.

Comparado ao aço resistente ao calor, o custo é menor.

Bom desempenho de fundição, capaz de fabricar peças com formas complexas.

Um certo nível de resistência ao desgaste e resistência à corrosão (especialmente para altos tipos de cromo).

Boa resistência ao choque térmico (alguns tipos).

Desvantagens:

A força, a plasticidade e a tenacidade à temperatura ambiente geralmente são inferiores às do aço resistente ao calor.

Alguns tipos de alta liga, como o ferro fundido de alto alumina, têm propriedades ruins de fundição e processamento mecânico.

A força de alta temperatura (especialmente a força de fluência) é geralmente menor que a dos aços resistentes ao calor de alto grau e ligas de alta temperatura.

resumir
O ferro fundido resistente ao calor pode resistir efetivamente a oxidação e danos ao "crescimento" em atmosferas oxidantes de alta temperatura, adicionando elementos de liga específicos (principalmente Si, CR, AL) e controlando a morfologia de grafite (preferencialmente esféricos) e estrutura da matriz (preferencialmente ferrita ou austenita). É uma escolha econômica e confiável de material para fabricar componentes de alta temperatura, como fornos industriais, caldeiras e equipamentos químicos dentro da faixa de temperatura de 600 graus C a 1100 graus C. De acordo com a temperatura de trabalho específica, a atmosfera, as condições de estresse e os requisitos de custo, os diferentes tipos de ferro resistente ao calor (alto silício, silício, alumínio, alto cromio, um cromato resistente ao calor (silício de silício, alumínio-alumínio.