إن اختيار مادة للطرق عند درجة حرارة عالية-لا يعني مجرد العثور على درجة فولاذ ذات درجة حرارة قصوى عالية للخدمة.
قد يعمل المكون المطروق عند 400 درجة، 600 درجة، 700 درجة، أو حتى أعلى، ولكن المادة المناسبة تعتمد على أكثر بكثير من درجة الحرارة وحدها.
يحتاج المشتري أيضًا إلى التفكير في المدة التي سيظل فيها المكون ساخنًا، والحمل الميكانيكي الذي سيحمله، وما إذا كان سيتعرض للتدوير الحراري، ومدى السرعة التي يجب أن يقاوم بها الأكسدة، وما إذا كان الزحف أو التشوه-على المدى الطويل يمثل مصدر قلق.
ولهذا السبب، يجب أن يبدأ اختيار المواد للمطروقات ذات درجات الحرارة المرتفعة-بشروط الخدمة الفعلية بدلاً من كتالوج المواد.
ما الذي يجعل اختيار المواد ذات درجات الحرارة العالية-مختلفًا؟
في درجة حرارة الغرفة، غالبًا ما يركز المشترون على خصائص مثل قوة الشد، وقوة الخضوع، والصلابة، والمتانة.
ومع ارتفاع درجة الحرارة، يمكن أن تتغير هذه الخصائص بشكل كبير.
إن المادة التي تعمل بشكل جيد في درجة حرارة الغرفة قد تفقد قوتها عند تعرضها لدرجات حرارة عالية لفترة طويلة.
يمكن أن تصبح المشاكل الأخرى أكثر أهمية أيضًا، بما في ذلك:
- زحف
- تمزق الإجهاد
- أكسدة
- التعب الحراري
- التغيرات البنيوية الدقيقة
- فقدان الصلابة
- عدم الاستقرار الأبعاد
ولذلك، فإن المادة المناسبة لطرق الفولاذ العادي قد لا تكون مناسبة لنفس المكون الذي يعمل بشكل مستمر عند درجة حرارة مرتفعة.
يجب أن يأخذ الاختيار الصحيح في الاعتبار بيئة التشغيل الكاملة.
1. ابدأ بدرجة حرارة التشغيل الفعلية
السؤال الأول يجب أن يكون:
ما هي درجة الحرارة التي سوف تتعرض لها عملية الحدادة فعليًا أثناء الخدمة؟
لا تقم باختيار المادة بناءً على درجة الحرارة القصوى الموضحة في مواصفات الجهاز فقط.
يحدد:
- درجة حرارة التشغيل العادية
- درجة حرارة التشغيل القصوى
- درجة حرارة الذروة-على المدى القصير
- توزيع درجة الحرارة
- معدل التدفئة والتبريد
- المدة عند درجة حرارة مرتفعة
قد يكون للمكون الذي يصل إلى درجة حرارة عالية لفترة وجيزة متطلبات مادية مختلفة تمامًا عن المكون الذي يعمل بشكل مستمر بنفس درجة الحرارة.
على سبيل المثال، لا يواجه المطروق الذي يتعرض لدرجة حرارة 600 درجة لعدة دقائق خلال عملية متقطعة بالضرورة نفس متطلبات الزحف مثل المطروق الذي يتم الحفاظ عليه عند درجة 600 لآلاف ساعات التشغيل.
هذا التمييز أمر بالغ الأهمية.
2. تحديد ما إذا كان الحمل مستمرًا أم متقطعًا
يجب تقييم درجة الحرارة والحمل الميكانيكي معًا.
بسأل:
- هل يتم تحميل التزوير بشكل مستمر؟
- هل الحمل ثابت؟
- هل يتقلب الحمل؟
- هل يدور المكون؟
- هل هناك اهتزاز؟
- هل هناك دورات حرارية متكررة؟
قد يتعرض أحد المكونات التي تتعرض لضغط عالٍ عند درجة حرارة مرتفعة إلى زحف أو تمزق إجهاد حتى عندما يكون الحمل المطبق أقل من قوة درجة حرارة الغرفة-.
ولهذا السبب، يجب تحديد-طرق الفولاذ المرتفعة وفقًا لسلوكها الميكانيكي عند درجة حرارة الخدمة الفعلية، وليس فقط قوة الشد في درجة حرارة الغرفة-.
3. فكر في مقاومة الزحف
يصبح الزحف أحد الاعتبارات المهمة عندما تتعرض المادة لدرجة حرارة مرتفعة وضغط مستمر لفترة طويلة.
وبدلًا من أن تفشل المادة على الفور، يمكن أن تتشوه المادة تدريجيًا.
لمكونات مثل:
- معدات البخار
- مكونات توليد الطاقة-.
- معدات الضغط العالي-لدرجات الحرارة
- مكونات الفرن
- المعدات البتروكيماوية
- معدات الغاز الساخن
يمكن أن يكون استقرار الأبعاد على المدى الطويل-أكثر أهمية من القوة على المدى القصير-.
عندما يكون الزحف أحد اهتمامات التصميم، يجب على المشترين طلب بيانات الملكية-الميكانيكية ذات درجة الحرارة العالية-ذات الصلة بدلاً من الاعتماد فقط على شهادات المواد التي تتحمل درجة حرارة الغرفة-.
لماذا يعد الزحف مهمًا للمطروقات؟
تخيل مكونًا مزورًا يلبي في البداية متطلبات الأبعاد الخاصة به.
إذا تشوه المكون ببطء خلال سنوات التشغيل، فقد تتحرك أبعاده في النهاية خارج النطاق المسموح به.
يمكن أن يؤثر هذا على:
- الموافقات
- تنسيق
- ختم
- احتواء الضغط
- مكونات دوارة
- توزيع الأحمال
لذلك، بالنسبة لخدمة درجات الحرارة المرتفعة-على المدى الطويل-، قد تكون مقاومة الزحف أحد أهم معايير اختيار المواد-.
4. فكر في تمزق التوتر
هناك علاقة بين الزحف والتمزق الإجهادي، لكن لا ينبغي التعامل معهما على أنهما نفس المشكلة تمامًا.
في ظل درجات الحرارة المرتفعة والضغط المستمر، يمكن للمواد أن تتراكم تدريجياً وتتكسر في النهاية.
بالنسبة للمكونات التي من المتوقع أن تعمل لفترات طويلة عند درجة حرارة عالية،-يمكن أن تكون بيانات التمزق مفيدة عند مقارنة المواد المرشحة.
ولذلك يجب على المشتري أن يسأل عما إذا كانت المادة تحتوي على بيانات قوة مناسبة-على المدى الطويل لدرجة حرارة الخدمة المقصودة وعمر التصميم.
وهذا أكثر فائدة من مجرد السؤال:
"ما هي درجة الحرارة القصوى لهذا الفولاذ؟"
5. النظر في مقاومة الأكسدة
يمكن أن تؤدي درجة الحرارة المرتفعة إلى تسريع عملية الأكسدة، خاصة عندما يتعرض المكون مباشرة للهواء أو غازات الاحتراق أو البخار أو غيرها من البيئات العدوانية.
الأكسدة يمكن أن تؤدي إلى:
- مقياس السطح
- خسارة مادية
- تدهور السطح
- التغييرات في الأبعاد
- انخفاض عمر الخدمة
ولذلك، ينبغي النظر في جو التشغيل إلى جانب درجة الحرارة.
قد يكون للمطرقة التي تعمل في بيئة خاملة متطلبات مواد مختلفة عن تلك التي تتعرض بشكل مستمر للغاز الغني بالأكسجين الساخن-.
بالنسبة لبعض التطبيقات، قد يكون استخدام مادة سبيكة أعلى-مبررًا بسبب مقاومتها المحسنة للأكسدة وتدهورها في درجات الحرارة المرتفعة-.
6. خذ بعين الاعتبار ركوب الدراجات الحرارية
لا يظل كل مكون من مكونات الحرارة المرتفعة-عند درجة حرارة ثابتة.
تواجه بعض المطروقات بشكل متكرر:
التسخين ← التشغيل بدرجة حرارة عالية- ← التبريد ← إعادة التسخين
وهذا يخلق التمدد الحراري والانكماش.
يمكن أن يساهم التدوير الحراري المتكرر في الإرهاق الحراري والتشققات، خاصة حول:
- التحولات الهندسية الحادة
- الثقوب
- الأخاديد
- المناطق الملحومة
- نقاط تركيز التوتر
- أقسام سميكة-إلى-رفيعة
بالنسبة لهذه التطبيقات، لا ينبغي اختيار المادة فقط وفقًا لأقصى درجة حرارة مستمرة لها.
يجب أيضًا مراعاة مقاومة التعب الحراري وهندسة المكونات.
7. اختر بين الفولاذ الكربوني، وسبائك الفولاذ، والسبائك المقاومة للصدأ أو المقاومة للحرارة-.
لا توجد مادة "أفضل" واحدة لجميع أنواع المطروقات التي تتحمل درجات الحرارة العالية-.
يجب اختيار عائلة المواد حسب شروط الخدمة.
الكربون الصلب
يمكن أن يكون الفولاذ الكربوني مناسبًا للتطبيقات التي تكون فيها درجة الحرارة معتدلة ويمكن الحفاظ على الخواص الميكانيكية المطلوبة عند درجة حرارة التشغيل.
يمكن أن يوفر توازنًا عمليًا بين:
- يكلف
- قوة
- القدرة على التصنيع
- التوفر
ومع ذلك، فإن الفولاذ الكربوني ليس مناسبًا تلقائيًا للخدمة لفترات طويلة في درجات الحرارة المرتفعة-.
مع ارتفاع درجة الحرارة، يمكن أن تصبح قوتها وأدائها على المدى الطويل-عوامل مقيدة.
سبائك الصلب
يتم أخذ المطروقات المصنوعة من سبائك الفولاذ عادةً في الاعتبار عند الحاجة إلى قوة أعلى أو صلابة أو صلابة أو أداء عالي في درجات الحرارة.
يمكن لعناصر صناعة السبائك تعديل استجابة المادة للمعالجة الحرارية ودرجة حرارة الخدمة.
اعتمادًا على الدرجة، يمكن استخدام سبائك الفولاذ في المكونات الصناعية المطلوبة حيث يكون الفولاذ الكربوني العادي غير كافٍ.
لا يزال يتعين تحديد الدرجة الدقيقة وفقًا لدرجة حرارة التشغيل والخصائص المطلوبة.
الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك-المقاومة للحرارة
عندما تصبح مقاومة الأكسدة أو مقاومة التآكل أو قوة درجات الحرارة العالية- ذات أهمية خاصة، يمكن أخذ الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك المتخصصة المقاومة للحرارة -في الاعتبار.
يمكن أن تكون هذه المواد أكثر تكلفة بكثير من الكربون التقليدي أو الفولاذ ذي السبائك المنخفضة-.
ولذلك، يجب تحديدها لأن بيئة الخدمة تتطلب خصائصها-وليس فقط لأن درجة حرارة التشغيل مرتفعة.
8. لا تحدد المواد حسب درجة الحرارة وحدها
هذه هي واحدة من أهم النقاط للمشترين.
لنفترض أن مادتين يمكن أن تعملا عند درجة حرارة معينة.
هذا لا يعني أنها قابلة للتبديل.
يمكن للمرء أن يقدم أفضل:
- مقاومة الزحف
- مقاومة الأكسدة
- مقاومة التعب الحراري
- صلابة
- مقاومة التآكل
- القدرة على التصنيع
- قابلية اللحام
يعتمد الاختيار الصحيح على آلية الفشل الأكثر أهمية بالنسبة للمكون.
قد يكون اختيار المواد الذي يبدو معقولاً من مخطط درجة الحرارة غير مناسب عند أخذ الإجهاد وعمر الخدمة وأجواء التشغيل في الاعتبار.
9. النظر في وسيلة التشغيل
قد تتصرف المادة بشكل مختلف اعتمادًا على ما يحيط بالتزوير.
تحديد ما إذا كان المكون يتعرض لـ:
- هواء
- بخار
- غاز الاحتراق
- هيدروجين
- كبريت-يحتوي على غاز
- الهيدروكربونات
- المواد الكيميائية
- مكنسة
- غاز خامل
يمكن أن تؤدي درجة الحرارة المرتفعة مع البيئة المسببة للتآكل أو العدوانية الكيميائية إلى خلق حالة خدمة أكثر تطلبًا.
على سبيل المثال، قد تتمتع المادة بمقاومة كافية لدرجات الحرارة العالية-ولكنها لا تتمتع بمقاومة كافية لوسط المعالجة المحدد.
ولهذا السبب يجب على المشتري تزويد المورد بظروف التشغيل الفعلية كلما أمكن ذلك.
10. النظر في سمك القسم
لا تواجه المادة بالضرورة نفس الظروف الحرارية خلال عملية تزوير كبيرة.
قد يؤدي المكون السميك إلى حدوث اختلافات كبيرة في درجة الحرارة بين سطحه وقلبه أثناء التسخين والتبريد.
لذلك يمكن أن يؤثر سمك القسم على:
- المعالجة الحرارية
- معدل التبريد
- البنية المجهرية
- الإجهاد المتبقي
- الخصائص الميكانيكية
هذا مهم بشكل خاص للمطروقات الفولاذية الكبيرة.
قد تتطلب مواصفات المادة المناسبة للتزوير الصغير دراسة إضافية عندما يتم إنتاج نفس الدرجة في قسم أكبر بكثير.
ولذلك يجب على المشتري تقديم الأبعاد النهائية التقريبية أو وزن الحدادة عند مناقشة اختيار المواد.
11. المعالجة الحرارية جزء من اختيار المواد
يعد اختيار درجة الفولاذ جزءًا واحدًا فقط من العملية.
تعتمد الخصائص النهائية للمكون المطروق أيضًا على حالة المعالجة الحرارية-.
اعتمادًا على المادة والتطبيق، قد يشمل العلاج ما يلي:
- التطبيع
- الصلب
- التبريد
- هدأ
- تخفيف التوتر
- علاج الحل
- شيخوخة
بالنسبة لتطبيقات درجات الحرارة المرتفعة-، يمكن أن تؤثر حالة المعالجة الحرارية- على القوة والمتانة والصلابة والبنية الدقيقة والثبات على المدى الطويل-.
لذلك يمكن أن يكون للمطروقات المصنوعة من نفس درجة الفولاذ خصائص مختلفة إذا تم توفيرها في ظروف مختلفة.
يجب أن تحدد مواصفات الشراء بوضوح حالة المعالجة الحرارية المطلوبة.
12. النظر في الخواص الميكانيكية المطلوبة عند درجة الحرارة
الخصائص الميكانيكية لدرجة حرارة الغرفة-ليست كافية لتطبيقات درجات الحرارة العالية-المتطلبة.
اعتمادًا على المكون، قد يحتاج المشتري إلى بيانات عن:
- قوة الشد عند درجة الحرارة
- قوة الخضوع عند درجة الحرارة
- قوة الزحف
- الإجهاد-قوة التمزق
- صلابة التأثير
- صلابة
- أداء التعب
تعتمد الخاصية ذات الصلة على وضع الفشل الذي يحتاج المكون إلى مقاومته.
على سبيل المثال، إذا كان المكون يعمل تحت ضغط مستمر لعدة سنوات، فقد تكون بيانات-الزحف والتمزق على المدى الطويل-أكثر فائدة من قوة الشد في درجة حرارة الغرفة-.
13. قم بمطابقة المادة مع وظيفة المكون
يمكن أن تتطلب درجة حرارة التشغيل نفسها مواد مختلفة لمكونات مختلفة.
قد تكون للشفة المطروقة-التي تحافظ على الضغط متطلبات مختلفة عن العمود المطروق الدوار.
قد يكون للمعدات ذات درجات الحرارة المرتفعة-متطلبات مختلفة عن مكون دعم الفرن.
قد تحتاج الحلقة الكبيرة المطروقة إلى مزيج مختلف من المتانة والقوة وثبات الأبعاد مقارنة بمكونات الآلات الصغيرة.
ولذلك، ينبغي للمشتري أن يصف الوظيفة الفعلية للتزوير بدلاً من مجرد تحديد ما يلي:
"تطبيق-درجة حرارة عالية."
تتضمن المعلومات المفيدة ما يلي:
- نوع المكون
- حمولة
- درجة حرارة التشغيل
- خدمة الحياة
- وسط التشغيل
- ضغط
- الدوران أو الاهتزاز
- الدورات الحرارية
- عواقب الفشل
14. كيف تؤثر درجة الحرارة المرتفعة على تكلفة الحدادة؟
يمكن أن تؤدي متطلبات الخدمة ذات درجات الحرارة المرتفعة- إلى زيادة تكلفة المواد وعملية التصنيع.
قد تكون المادة نفسها أكثر تكلفة.
يمكن أن تأتي التكاليف الإضافية أيضًا من:
- المعالجة الحرارية الخاصة
- مادة ابتدائية ذات درجة أعلى-.
- اختبارات إضافية
- -الاختبار الميكانيكي لدرجات الحرارة المرتفعة
- مراقبة أكثر صرامة للعملية
- NDT
- وثائق أكثر تفصيلا
ولهذا السبب، يجب على المشترين تجنب تحديد سبيكة أكثر تكلفة -تتحمل درجات الحرارة العالية كإجراء وقائي.
الهدف هو تحديد المواد الأقل تكلفة-والتي تلبي متطلبات الخدمة الفعلية بشكل موثوق.
وهذا يتطلب فهم ظروف التشغيل أولاً.
ما هي المعلومات التي يجب على المشترين تقديمها إلى الشركة المصنعة للمطرقة؟
عند طلب عرض أسعار لطرق بدرجة حرارة عالية-، قدم أكبر قدر ممكن من المعلومات التالية:
- درجة حرارة التشغيل العادية
- درجة حرارة التشغيل القصوى
- مدة التعرض
- خدمة الحياة
- الحمل الميكانيكي
- ضغط التشغيل
- وسط التشغيل
- ظروف ركوب الدراجات الحرارية
- الأبعاد النهائية
- متطلبات الصلب أو السبائك
- الخواص الميكانيكية المطلوبة
- حالة المعالجة الحرارية-.
- متطلبات الاختبار غير الإتلافي
- المعايير المعمول بها
- كمية
تسمح هذه المعلومات للشركة المصنعة للحدادة بتقييم المواد ومسار التصنيع بشكل أكثر واقعية.
ما الذي يجب على المشترين أن يسألوه عن مورد الحدادة؟
قبل الموافقة على المادة، اسأل:
ما هي درجة المواد التي توصي بها ولماذا؟
ما هي خصائص درجات الحرارة المرتفعة-التي تدعم التوصية؟
هل مقاومة الزحف ذات صلة بهذا التطبيق؟
ماذا يحدث لقوة المادة عند درجة حرارة التشغيل؟
هل الأكسدة أو التآكل مصدر قلق؟
ما هي المعالجة الحرارية التي سيتم استخدامها؟
هل يلزم-الاختبارات الميكانيكية لدرجات الحرارة المرتفعة؟
هل المادة مناسبة لعمر الخدمة المطلوب؟
هل يؤثر سمك القسم على عملية المعالجة الحرارية-؟
ما التفتيش والوثائق التي سيتم توفيرها؟
تعتبر هذه الأسئلة أكثر فائدة من مجرد السؤال عما إذا كانت المادة "مقاومة لدرجات الحرارة العالية{{0}".
كيف تتعامل شركة Xinjie Forging مع مشاريع -الطرق ذات درجة الحرارة المرتفعة
توفر Xinjie Forging المطروقات الفولاذية المخصصة، والمطروقات المصنوعة من سبائك الصلب، والأعمدة المطروقة، والحلقات المطروقة، والشفاه المطروقة، والأسطوانات المطروقة، والتروس المطروقة، وغيرها من المكونات الصناعية المطروقة وفقًا لرسومات العملاء والمتطلبات الفنية.
بالنسبة لتطبيقات درجات الحرارة المرتفعة-، يجب أن يكون اختيار المواد مرتبطًا بظروف التشغيل الفعلية.
تؤثر درجة الحرارة، والحمل، ومدة الخدمة، ووسط التشغيل، وهندسة المكونات، والمعالجة الحرارية، ومتطلبات الفحص على مادة الحدادة المناسبة وطريق التصنيع.
بالنسبة للعملاء في مجالات توليد الطاقة والنفط والغاز والبتروكيماويات ومعدات الضغط والتطبيقات البحرية والآلات الصناعية الثقيلة، يجب تحديد هذه المتطلبات قبل الانتهاء من عملية المواد والحدادة.
الهدف ليس مجرد اختيار درجة فولاذية يمكنها تحمل درجة حرارة عالية.
إنه اختيار مادة وحالة تصنيع يمكنها الحفاظ على الأداء المطلوب طوال فترة الخدمة المتوقعة.
الوجبات الجاهزة النهائية
يبدأ اختيار مواد الطرق لتطبيقات درجات الحرارة المرتفعة-بيئة الخدمة، وليس كتالوج المواد.
الأسئلة الرئيسية هي:
ما مدى سخونة المكون في الواقع؟
إلى متى سيبقى عند درجة الحرارة هذه؟
ما الحمولة التي سوف تحملها؟
هل ستختبر ركوب الدراجات الحرارية؟
ما هو الجو أو وسط العملية الذي سيتصل به؟
هل يعتبر الزحف أو الأكسدة أو التعب الحراري مصدر قلق؟
فقط بعد الإجابة على هذه الأسئلة، يجب على المشتري مقارنة الفولاذ الكربوني، أو سبائك الفولاذ، أو الفولاذ المقاوم للصدأ، أو السبائك المتخصصة المقاومة للحرارة.
بالنسبة لطرق الفولاذ-ذات درجات الحرارة المرتفعة، يجب اعتبار درجة المواد والمعالجة الحرارية وحجم القسم والخصائص الميكانيكية ومتطلبات الفحص بمثابة نظام واحد.
ويساعد هذا النهج المشترين على تجنب كلا النقيضين: اختيار مادة غير مناسبة للتطبيق، أو دفع ثمن سبيكة باهظة الثمن بلا داع ولا يحتاجها المكون في الواقع.