פלדת אל-חלד היא אחד החומרים הנפוצים ביותר בהנדסה ובטכנולוגיה, בשל השילוב המצוין שלה בין חוזק, עמידות בפני קורוזיה ואסתטיקה. עם זאת, לפלדות אל-חלד קונבנציונליות יש כמה מגבלות, כגון קשיחות נמוכה, יכולת ריתוך ירודה ועלות גבוהה. כדי להתגבר על חסרונות אלה, פותחה בשנות ה-1970 סוג חדש של פלדת אל-חלד, הנקראת פלדת אל-חלד דופלקס (DSS).
מבין הדרגות השונות של פלדת אל-חלד דופלקס, 2205 היא הנפוצה והנחקרה ביותר. יש לה הרכב נומינלי של 22% Cr, 5% Ni, 3% Mo, ו-0.15% N.
הרכבים כימיים של נירוסטה דופלקס 2205
ההרכב הכימי של פלדת אל-חלד דופלקס 2205 הוא קריטי לקביעת תכונותיה וביצועיה. היסודות העיקריים המרכיבים את פלדת אל-חלד דופלקס 2205 הם כרום (Cr), ניקל (Ni), מוליבדן (Mo) וחנקן (N).
תרכובות כימיות | תוֹכֶן |
|
Cr | % 22-23 | אחראי על היווצרות פאזת פריט ועמידות משופרת בפני קורוזיה. |
Ni | % 4.5-6.5 | אחראי על יצירת פאזה האוסטניטית ושיפור הגמישות והקשיחות. |
Mo | % 3-3.5 | מסייע בשיפור העמידות בפני קורוזיה של חריצים וקורוזיה בסדקים. |
N | % 0.14-0.2 | אחראי על ייצוב פאזת האוסטניט ועל הגברת העמידות בפני קורוזיה של חורים וחריצים. |
C | 0.03% | לאלמנטים אלה יש השפעות קלות או שליליות על התכונות והביצועים של פלדת אל-חלד דופלקס 2205. לכן, יש לשמור על תכולתם נמוכה ככל האפשר. |
Mn | 2% | |
Si | 1% | |
P | 0.03% | |
S | 0.02% | |
Cu | 0.5% |
ישנן דרגות שונות של פלדת אל-חלד דופלקס 2205, כגון S31803 ו- S32205 , בעלות הרכבים כימיים שונים במקצת. ההבדל העיקרי בין דרגות אלו הוא תכולת החנקן. ל-S31803 תכולת חנקן נמוכה יותר מאשר ל-S32205, מה שאומר של-S31803 עמידות נמוכה יותר בפני קורוזיה בורות ובסדקים מאשר ל-S32205. עם זאת, ל-S31803 תכולת פריט גבוהה יותר מאשר ל-S32205, מה שאומר של-S31803 חוזק וקשיחות גבוהים יותר מאשר ל-S32205.
תכונות מכניות של נירוסטה דופלקס 2205
התכונות המכניות של פלדת אל-חלד דופלקס 2205 הן בין התכונות האטרקטיביות ביותר של חומר זה, שכן הן עולות על אלו של פלדת אל-חלד קונבנציונלית וסגסוגות אחרות. התכונות המכניות של פלדת אל-חלד דופלקס 2205 כוללות חוזק, גמישות, קשיות, עמידות בפני עייפות וקשיחות שבר.
- כוח
חוזק הוא יכולתו של חומר לעמוד בפני עיוות וכשל תחת כוחות המופעלים עליו.
חוזק הכניעה של פלדת אל-חלד דופלקס 2205 הוא בערך כפול מזה של פלדות אל-חלד אוסטניטיות, ודומה לזה של פלדות סגסוגת נמוכה בעלות חוזק גבוה.
חוזק המתיחה של פלדת אל-חלד דופלקס 2205 גבוה גם מזה של פלדת אל-חלד אוסטניטית, ודומה לזה של פלדת אל-חלד מוקשה במשקעים.
- גמישות
גמישות היא היכולת של חומר להתעוות באופן פלסטי מבלי להישבר או להיסדק.
לפלדת אל-חלד דופלקס 2205 יש גמישות טובה, הודות לנוכחות פאזה אוסטניט, המספקת דפורמציה פלסטית והתקשות עקב מאמץ.
ההתארכות וצמצום השטח של פלדת אל-חלד דופלקס 2205 גבוהות מאלה של פלדות אל-חלד פריטיות, ונמוכות מאלה של פלדות אל-חלד אוסטניטיות.
- קשיות
קשיות היא עמידותו של חומר בפני שקע או שחיקה.
קשיותה של פלדת אל-חלד דופלקס 2205 גבוהה מזו של פלדת אל-חלד אוסטניטית, ונמוכה מזו של פלדת אל-חלד מרטנזיטית. קשיותה של פלדת אל-חלד דופלקס 2205 יכולה לעלות על ידי עיבוד קר או הזדקנות, אך הדבר עלול להפחית את הגמישות ועמידותה בפני קורוזיה.
- עייף
קשיחות שבר היא יכולתו של חומר להתנגד להתפשטות סדקים ולשבר תחת לחץ.
לפלדת אל-חלד דופלקס 2205 עמידות גבוהה בפני עייפות, הודות לשילוב מאוזן של פאזות פריט ואוסטניט, המספקים איזון טוב בין חוזק וקשיחות. חוזק העייפות של פלדת אל-חלד דופלקס 2205 גבוה מזה של פלדת אל-חלד אוסטניטית, ונמוך מזה של פלדת אל-חלד פריטית.
- קשיחות שבר
קשיחות שבר היא יכולתו של חומר להתנגד להתפשטות סדקים ולשבר תחת לחץ.
לפלדת אל-חלד דופלקס 2205 יש קשיחות שבר גבוהה, הודות לנוכחות הפאזה האוסטניטית, המספקת שבר גמיש וספיגת אנרגיה. קשיחות השבר של פלדת אל-חלד דופלקס 2205 גבוהה מזו של פלדת אל-חלד פריטית, ונמוכה מזו של פלדת אל-חלד אוסטניטית.
תהליך יציקת נירוסטה דופלקס 2205
תהליך היציקה של פלדת אל-חלד דופלקס 2205 הוא שיטה לייצור רכיבים בעלי צורה כמעט סופית על ידי יציקת מתכת מותכת לתבנית ומתן אפשרות לה להתמצק לצורה הרצויה.
- ייצור עובש: התבנית היא החלל המגדיר את צורת וגודל היציקה.
- התכה ומיזוג: תהליך ההיתוך והיציקה כרוך בחימום של פלדת אל-חלד הדופלקס 2205 למצב נוזלי והעברתה לתבנית.
- התמצקות וקירור: תהליך ההתמצקות והקירור כרוך בהפיכת המתכת הנוזלית למתכת מוצקה בתוך התבנית.
- פירוק וניקוי: תהליך הפירוק והניקוי כרוך בהסרת היציקה מהתבנית והסרת עודפי המתכת, החול, הקרמיקה או הגבס מהיציקה.
- בדיקה ובדיקה: תהליך הבדיקה והבדיקה כרוך בבדיקת איכות וביצועי היציקה מול המפרטים והתקנים.
תהליך היציקה של פלדת אל-חלד דופלקס 2205 מציב גם כמה אתגרים ופתרונות, כגון:
- פיצוח חם: סדקים חמים הם היווצרות סדקים ביציקה במהלך או זמן קצר לאחר התמצקות, עקב לחץ תרמי, הפרדה או טרנספורמציית פאזה של המתכת.
- פתרון: ניתן למנוע או להפחית סדקים חמים על ידי אופטימיזציה של תכנון התבנית, גיאומטריית היציקה, טמפרטורת המזיגה, קצב הקירור וההרכב הכימי של המתכת.
- טרנספורמציה פאזית: טרנספורמציה של פאזות היא שינוי פאזות הפריט והאוסטניט ביציקה במהלך או לאחר התמצקות, עקב הטמפרטורה, ההרכב או העיוות של המתכת.
- הַפרָדָה: הפרדה היא פיזור לא אחיד של יסודות הסגסוגת ביציקה, עקב מסיסות, דיפוזיביות או צפיפות שונים של היסודות במתכת הנוזלית או המוצקה.
יתרונות יציקת נירוסטה דופלקס 2205
יציקת דופלקס נירוסטה 2205 היא שיטת ייצור עדיפה בהשוואה לשיטות אחרות, כגון חישול, גלגול ועיבוד שבבי.
- ייצור צורה כמעט נטו
יציקת דופלקס נירוסטה 2205 יכולה לייצר רכיבים מורכבים וגדולים עם בזבוז חומר ועיבוד שבבי מינימליים. לדוגמה, מחקר של אגודת היציקה האמריקאית הראה כי יציקת גוף שסתום מפלדת דופלקס נירוסטה 2205 חסכה 40% מהחומר ו-30% מזמן העיבוד השבבי בהשוואה לזיוף.
- ביצועים גבוהים ועמידות בפני קורוזיה
יציקת דופלקס נירוסטה 2205 יכולה להשיג מיקרו-מבנה מאוזן של פריט ואוסטניט, המספק חוזק גבוה, גמישות, קשיות, עמידות לעייפות וקשיחות שברים.
יציקת דופלקס נירוסטה 2205 יכולה גם לעמוד בפני סוגים שונים של קורוזיה, כגון שקעים, סדקים, סדקים כתוצאה מקורוזיית מאמץ וקורוזיה כללית, הודות לתכולה הגבוהה של כרום, מוליבדן וחנקן. תכונות אלו הופכות את יציקת דופלקס נירוסטה 2205 למתאימה ליישומים תובעניים, כגון תעשיות נפט וגז, כימיקלים וימאים.
- יתרונות סביבתיים, כלכליים וחברתיים
יציקת דופלקס מפלדת אל-חלד 2205 יכולה להפחית את פליטת גזי החממה, צריכת המשאבים וההשפעה הסביבתית של תהליך הייצור, בהשוואה לשיטות אחרות.
יישומים של יציקות DSS 2205
- חלל:מכשיר נחיתה, חלקי מנוע ואלמנטים מבניים.
- כלי רכב:מערכות פליטה, מגדשי טורבו ומזרקי דלק.
- ביו-רפואי:שתלים, פרוטזות ומכשירים כירורגיים.
- בנייה: גשרים, מגדלים וצינורות.
- שסתום
- משאבות
- גלגלים
- צנרת
סיכום
פלדת אל-חלד דופלקס 2205 היא סגסוגת פלדת אל-חלד דופלקס באיכות מתקדמת. יש לה גם חוזק עייפות טוב ועמידות מצוינת בפני סדקים, חריצים, בורות, שחיקה וקורוזיה כללית בסביבות קשות.
