Medžiagų mokslas – kodėl apvalkalo pasirinkimas lemia viską
Kasetinio šildytuvo apvalkalas yra dalis, kuri liečiasi su šildoma medžiaga. Tai taip pat labiausiai piktnaudžiaujama dalis. Esant minus 60 laipsnių Celsijaus, apvalkalo medžiagos pasirinkimas nėra tik specifikacijos detalė – tai skirtumas tarp šildytuvo, kuris veikia metus, ir to, kuris sugenda kelias dienas.
Kristalografijos problema
Kriogeninėje temperatūroje metalai elgiasi labai skirtingai, priklausomai nuo jų kristalinės struktūros. Austenitiniam nerūdijančiam plienui būdingi kubiniai kristalų dariniai, kurių paviršius yra -centruotas, išlaiko savo plastiškumą ir atsparumą lūžiams esant minus 60 laipsnių. Kita vertus, kūno-centriniai kubiniai dariniai tampa labai trapūs ir linkę lūžti.
Šis esminis kristalografinis veiksnys skatina apvalkalo medžiagos pasirinkimą link 316L, 321 ir kitų specializuotų klasių, net kai jos kainuoja daugiau.
Nerūdijantis plienas 304 – netinkamas pasirinkimas šalčiui
304 tipo nerūdijantis plienas yra labiausiai paplitusi standartinių kasetinių šildytuvų apvalkalo medžiaga. Jis siūlo gerą atsparumą korozijai, tinkamą šilumos laidumą ir priimtiną kainą. Naudojant programas, viršijančias užšalimą, jis veikia puikiai.
Tačiau maždaug minus 40 laipsnių temperatūroje 304 nerūdijantis plienas tampa žymiai mažiau lankstus. Didesnė tikimybė, kad jis įtrūks nuo terminio šoko ar mechaninio įtempimo. Esant minus 60 laipsnių temperatūrai, labai padidėja trapios gedimo rizika.
Nerūdijantis plienas 316L – minimalus priimtinas pasirinkimas
316L tipo nerūdijančiame pliene yra daugiau nikelio ir mažiau anglies nei 304. Tai suteikia geresnes mechanines savybes platesniame temperatūrų diapazone. Jis geriau išlaiko savo lankstumą žemoje temperatūroje ir netampa taip lengvai trapus.
Naudojant iki minus 60 laipsnių, 316 l dažnai yra mažiausia rekomenduojama apvalkalo medžiaga. Papildomos išlaidos yra nedidelės, palyginti su sugedusio šildytuvo išlaidomis kritinėje sistemoje.
Inconel lydiniai – kai svarbiausia patikimumas
Reikalingiausioms itin-žemos temperatūros reikmėms standartinis pasirinkimas yra Inconel 600, 625 arba 800 serijos lydiniai. Šios medžiagos išlaiko savo mechaninį vientisumą nuo kriogeninės temperatūros iki 500 laipsnių Celsijaus ir daugiau.
Inconel 625 yra superlydinys, pagamintas iš nikelio, chromo ir molibdeno, puikiai tinkantis kriogeninių šildytuvų apvalkalams. Lydinys yra tvirtas ir patvarus nuo kriogeninės temperatūros iki 980 laipsnių Celsijaus, o jo atsparumas nuovargiui išlieka puikus net esant skysto azoto temperatūrai.
Inconel lydinių terminis susitraukimas yra apie 0,2 % nuo kambario temperatūros iki kriogeninių sąlygų – mažiau nei 0,3 % nerūdijančio plieno. Šis sumažėjęs susitraukimas reiškia mažesnį vidinį įtempį terminio ciklo metu.
Nikelis užtikrina atsparumą chlorido įtempių korozijos įtrūkimams, chromas – oksidacijai, o molibdenas – taškinei ir plyšinei korozijai. Dėl šių savybių Inconel 625 yra puikus pasirinkimas šildytuvams, kai temperatūra daug kartų kinta tarp kriogeninės ir aukštos temperatūros.
Išlaida-
Kompromisas-kaina. Inconel apvalkalai yra daug brangesni nei nerūdijančio plieno. Tačiau tais atvejais, kai šildytuvo gedimas reiškia prarastą gaminį, sugadintą įrangą arba pavojų saugai, investicijos yra pateisinamos.
Intermetaliniai junginiai ir difuzija
Medžiagų deriniai, kurie gerai veikia esant vidutinei temperatūrai, gali sudaryti trapias intermetalines fazes arba paspartinti atominę difuziją esant kriogeninei temperatūrai. Metalurgijos suderinamumo analizė užkerta kelią šiems subtiliems degradacijos mechanizmams, dėl kurių atsiranda ilgalaikių gedimų.
Apvalkalo sprendimas
Tinkamos apvalkalo medžiagos pasirinkimas kasetiniam šildytuvui esant minus 60 laipsnių temperatūrai nereiškia, kad reikia pasirinkti brangiausią variantą. Kalbama apie medžiagos savybių suderinimą su taikymo reikalavimais. Retkarčiais esant šalčiui gali pakakti 316 l. Inconel yra tinkamas pasirinkimas nuolatiniam kriogeniniam aptarnavimui arba programoms, kuriose gedimas nėra išeitis.
Apvalkalas yra pirmoji gynybos linija nuo didelio šalčio. Išmintingas jo pasirinkimas yra pirmasis žingsnis patikimo šildymo efektyvumo link.
