ما هي العوامل التي تؤثر على مقاومة الصدمات الحرارية للمصبوبات المقاومة للحرارة غير المحددة؟

مصبوبات حرارية غير محددة هي مادة حرارية تستخدم عادة في الصناعات ذات درجات الحرارة العالية. تتميز بمرونة قوية ويمكن تعديلها وفقًا لبيئات التطبيقات المختلفة. تستخدم هذه المواد بشكل رئيسي في الفولاذ والزجاج والأسمنت والبتروكيماويات وغيرها من المجالات، وتلعب دور البطانة الواقية في المعدات ذات درجة الحرارة العالية. تعد مقاومة الصدمات الحرارية إحدى الخصائص المهمة لهذه المادة، والتي تحدد ما إذا كان يمكنها الحفاظ على الاستقرار الهيكلي في ظل التقلبات الشديدة في درجات الحرارة. سوف يعرض ما يلي بالتفصيل العوامل الرئيسية التي تؤثر على مقاومة الصدمات الحرارية للمصبوبات المقاومة للحرارة غير المحددة.

1. تكوين المواد
تعتمد مقاومة الصدمات الحرارية للمصبوبات المقاومة للحرارة إلى حد كبير على تركيبة موادها. تشمل المكونات الشائعة الركام الحراري والمجلدات والمواد المضافة.
الركام الحراري: يمكن للمواد مثل البوكسيت عالي الألومينا والمغنيسيا أن تعزز قوة المادة عند درجات الحرارة العالية. إن توزيع حجم وشكل جزيئات الركام ومعامل التمدد الحراري للمادة نفسها سيؤثر على مقاومة الصدمات الحرارية. بشكل عام، من المرجح أن تشكل الركام الناعم بنية كثيفة، وبالتالي تحسين مقاومة الصدمات الحرارية.
الموثق: الأسمنت أو البوليمر عالي الألومينا هو مادة رابطة شائعة. يلعب الرابط دورًا في الترابط والدعم الهيكلي في المواد المقاومة للحرارة، لكن الأنواع المختلفة من الروابط لها تأثيرات مختلفة على مقاومة الصدمات الحرارية. يمكن للرابطات الأفضل أن تقاوم بشكل فعال إجهاد التمدد الحراري عندما تتغير درجة الحرارة، وبالتالي تمنع تكوين الشقوق.
المواد المضافة: من خلال إضافة العناصر النزرة مثل مسحوق السيليكا والألومينا، يمكن تعزيز كثافة المادة وثباتها. يمكن أن تساعد هذه الإضافات في تقليل الضغط الحراري داخل المادة وتقليل خطر تشقق المادة عند تغير درجة الحرارة.

2. معامل التمدد الحراري
يحدد معامل التمدد الحراري للمادة بشكل مباشر حجم تغير أبعادها تحت تغيرات درجات الحرارة. إذا كان معامل التمدد الحراري للمادة كبيرًا جدًا، فمن السهل أن تتشقق بسبب تمدد الحجم أو الانكماش عندما تتغير درجة الحرارة بشكل حاد.
تحتاج مقاومة الصدمات الحرارية للمصبوبات المقاومة للحرارة غير المحددة إلى مراعاة مطابقة معاملات التمدد الحراري بين المواد. من خلال الاختيار العقلاني لمكونات المواد المقاومة للحرارة المختلفة وتحسين معاملات التمدد الحراري لكل مكون، يمكن تقليل الضغط بين المواد المختلفة بشكل فعال، وبالتالي تحسين مقاومة الصدمات الحرارية الإجمالية.

3. كثافة المواد
تعد كثافة المصبوبات المقاومة للحرارة غير المحددة عاملاً مهمًا آخر يؤثر بشكل مباشر على مقاومتها للصدمات الحرارية. يمكن للمواد عالية الكثافة أن تقلل من وجود المسام، مما يجعل المادة أكثر مقاومة للتشقق تحت درجات الحرارة المرتفعة وبيئات التبريد والتدفئة السريعة.
مسامية منخفضة: المسام هي نقاط ضعف في المادة وتكون عرضة لأن تصبح نقاط تركيز إجهاد. عندما تتغير درجة الحرارة بسرعة، يكون الضغط حول المسام كبيرًا، مما قد يسبب تشققات. ولذلك، فإن التحكم في كثافة المادة يمكن أن يحسن بشكل كبير من مقاومة الصدمات الحرارية عن طريق تقليل وجود المسام والشقوق.
الكثافة الهيكلية: أثناء عملية البناء، يمكن أن تؤدي تقنية معالجة الاهتزاز والقولبة المناسبة إلى جعل هيكل المادة أكثر كثافة، وتجنب وجود فراغات بالداخل، وبالتالي تحسين مقاومة الصدمات الحرارية.

4. عدد دورات الصدمة الحرارية
ستخضع المادة لدورات صدمة حرارية متعددة أثناء الاستخدام، أي أن درجة الحرارة تستمر في الانخفاض من درجة الحرارة العالية إلى درجة الحرارة المنخفضة، ثم ترتفع من درجة الحرارة المنخفضة إلى درجة الحرارة المرتفعة. إن عدد وسعة دورات الصدمة الحرارية لها تأثير مهم على مقاومة الصدمات الحرارية.
عدد منخفض من الصدمات الحرارية: في ظل عدد معين من الصدمات الحرارية، قد لا تظهر المادة شقوقًا واضحة. ومع ذلك، مع زيادة عدد الصدمات الحرارية، ستتوسع الشقوق الصغيرة في المادة تدريجيًا، مما يؤدي في النهاية إلى فشل المادة. لذلك، يعد اختيار المواد التي يمكنها تحمل درجات الحرارة المرتفعة ودورات الصدمة الحرارية المتعددة وسيلة مهمة لتحسين مقاومة الصدمات الحرارية.
فرق درجة حرارة الصدمة الحرارية: إذا كان التغير في درجة الحرارة كبيرًا جدًا، فإن الضغط الحراري داخل المادة سيزداد بشكل حاد، خاصة عندما تكون درجات الحرارة السطحية والداخلية غير متساوية، وسيكون الإجهاد الحراري أكثر وضوحًا، مما يؤدي إلى التشققات. لذلك، تحتاج المواد المصبوبة المقاومة للحرارة إلى أجل غير مسمى إلى موصلية حرارية جيدة لتقليل تركيز الإجهاد الناتج عن اختلافات درجات الحرارة.

5. قوة الترابط
ترتبط مقاومة الصدمات الحرارية للمادة ارتباطًا وثيقًا بقوة الترابط في بنيتها الداخلية. كلما زادت قوة الترابط، قل احتمال تشقق المادة عند التعامل مع الإجهاد الحراري الخارجي.
قوة المواد والمتانة: تحتاج المواد المقاومة للحرارة إلى قوة وصلابة معينة، خاصة في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة. إذا كانت قوة المادة غير كافية، فمن المرجح أن يتجاوز الضغط الحراري نطاق التسامح، مما يؤدي إلى تلف المواد. يمكن للمواد ذات المتانة الجيدة أن تمتص جزءًا من الضغط الحراري وتمنع تمدد الشقوق.
ربط الواجهة: تتكون المواد المقاومة للحرارة غير المحددة من مجموعة متنوعة من المواد، وبالتالي فإن قوة ربط الواجهة بين المواد المختلفة تؤثر أيضًا على المقاومة الشاملة للصدمات الحرارية. إذا كانت قوة الترابط في الواجهة غير كافية، فقد تتفكك المادة بسهولة أو تسقط عندما تتغير درجة الحرارة بشكل كبير.