Beth yw dur di-staen?
Mae 'di-staen' yn derm a fathwyd yn gynnar yn natblygiad y duroedd hyn ar gyfer cymwysiadau cyllyll a ffyrc. Fe'i mabwysiadwyd fel enw generig ar gyfer y duroedd hyn ac mae bellach yn cwmpasu ystod eang o fathau a graddau dur ar gyfer cymwysiadau sy'n gwrthsefyll cyrydiad neu ocsidiad.
Mae duroedd di-staen yn aloion haearn gydag o leiaf 10.5% o gromiwm. Ychwanegir elfennau aloi eraill i wella eu strwythur a'u priodweddau megis ffurfadwyedd, cryfder a chadernid cryogenig.
Mae'r strwythur grisial hwn yn gwneud duroedd o'r fath yn anfagnetig ac yn llai brau ar dymheredd isel. Ar gyfer caledwch a chryfder uwch, ychwanegir carbon. Pan fyddant yn destun triniaeth wres ddigonol, defnyddir y duroedd hyn fel llafnau rasel, cyllyll a ffyrc, offer ac ati.
Mae llawer iawn o fanganîs wedi'i ddefnyddio mewn llawer o gyfansoddiadau dur di-staen. Mae manganîs yn cadw strwythur austenitig yn y dur fel y mae nicel, ond am gost is.
Y prif elfennau mewn dur di-staen
Mae dur di-staen neu ddur sy'n gwrthsefyll cyrydiad yn fath o aloi metelaidd a geir mewn amrywiaeth o ffurfiau. Mae'n gwasanaethu ein hanghenion ymarferol mor dda fel ei bod yn anodd dod o hyd i unrhyw faes o'n bywyd, lle nad ydym yn defnyddio'r math hwn o ddur. Prif gydrannau dur di-staen yw: haearn, cromiwm, carbon, nicel, molybdenwm a symiau bach o fetelau eraill.
Mae'r rhain yn cynnwys metelau fel:
- Nicel
- Molybdenwm
- Titaniwm
- Copr
Gwneir ychwanegiadau anfetel hefyd, a'r prif rai yw:
- Carbon
- Nitrogen
CHROMIWM A Nickel:
Cromiwm yw'r elfen sy'n gwneud dur di-staen di-staen. Mae'n hanfodol wrth ffurfio'r ffilm goddefol. Gall elfennau eraill ddylanwadu ar effeithiolrwydd cromiwm wrth ffurfio neu gynnal y ffilm, ond ni all unrhyw elfen arall ar ei phen ei hun greu priodweddau dur di-staen.
Ar tua 10.5% cromiwm, ffurfir ffilm wan a bydd yn darparu amddiffyniad atmosfferig ysgafn. Trwy gynyddu'r cromiwm i 17-20%, sy'n nodweddiadol yn y gyfres math-300 o ddur di-staen austenitig, cynyddir sefydlogrwydd y ffilm goddefol. Bydd cynnydd pellach yn y cynnwys cromiwm yn darparu amddiffyniad ychwanegol.
| Symbol | Elfen |
| Al | Alwminiwm |
| C | Carbon |
| Cr | Cromiwm |
| Cu | Copr |
| Fe | Haearn |
| Mo | Molybdenwm |
| Mn | Manganîs |
| N | Nitrogen |
| Ni | Nicel |
| P | Ffosfforws |
| S | Sylffwr |
| Se | Seleniwm |
| Ta | Tantalwm |
| Ti | Titaniwm |
Bydd nicel yn sefydlogi strwythur austenitig (strwythur grawn neu grisial) y dur di-staen ac yn gwella priodweddau mecanyddol a nodweddion gwneuthuriad. Bydd cynnwys nicel o 8-10% ac uwch yn lleihau tueddiad y metel i gracio oherwydd cyrydiad straen. Mae nicel hefyd yn hyrwyddo ail-oddefiad rhag ofn i'r ffilm gael ei niweidio.
MANGANASE:
Mae Manganîs, ar y cyd â nicel, yn cyflawni llawer o'r swyddogaethau a briodolir i nicel. Bydd hefyd yn rhyngweithio â'r sylffwr mewn dur di-staen i ffurfio sylffitau manganîs, sy'n cynyddu'r ymwrthedd i gyrydiad tyllu. Trwy amnewid manganîs am nicel, ac yna ei gyfuno â nitrogen, mae cryfder hefyd yn cynyddu.
MOLYBDENUM:
Mae molybdenwm, mewn cyfuniad â chromiwm, yn effeithiol iawn wrth sefydlogi'r ffilm goddefol ym mhresenoldeb cloridau. Mae'n effeithiol wrth atal agen neu gyrydiad tyllu. Molybdenwm, wrth ymyl cromiwm, sy'n darparu'r cynnydd mwyaf mewn ymwrthedd cyrydiad mewn dur di-staen. Mae Edstrom Industries yn defnyddio 316 di-staen oherwydd ei fod yn cynnwys 2-3% molybdenwm, sy'n rhoi amddiffyniad pan ychwanegir clorin at y dŵr.
CARBON:
Defnyddir carbon i gynyddu cryfder. Yn y radd martensitig, mae ychwanegu carbon yn hwyluso caledu trwy drin â gwres.
NITROGEN:
Defnyddir nitrogen i sefydlogi strwythur austenitig dur di-staen, sy'n gwella ei wrthwynebiad i gyrydiad tyllu ac yn cryfhau'r dur. Mae defnyddio nitrogen yn ei gwneud hi'n bosibl cynyddu'r cynnwys molybdenwm hyd at 6%, sy'n gwella ymwrthedd cyrydiad mewn amgylcheddau clorid.
TITANIWM A MIOBIWM:
Defnyddir titaniwm a Miobium i leihau sensiteiddio dur di-staen. Pan fydd dur di-staen yn cael ei sensiteiddio, gall cyrydiad rhyng-gronynnog ddigwydd. Mae hyn yn cael ei achosi gan wlybaniaeth carbidau crôm yn ystod y cyfnod oeri pan fydd rhannau'n cael eu weldio. Mae hyn yn disbyddu arwynebedd weldio cromiwm. Heb y cromiwm, ni all y ffilm goddefol ffurfio. Mae titaniwm a Niobium yn rhyngweithio â charbon i ffurfio carbidau, gan adael y cromiwm mewn hydoddiant fel y gall ffilm oddefol ffurfio.
COPPER AC Alwminiwm:
Gellir ychwanegu Copr ac Alwminiwm, ynghyd â Titaniwm, at ddur di-staen er mwyn ei galedu. Cyflawnir caledu trwy socian ar dymheredd o 900 i 1150F. Mae'r elfennau hyn yn ffurfio microstrwythur rhyngfetelaidd caled yn ystod y broses socian ar y tymheredd uchel.
SYLFFWR A SELENIWM:
Mae sylffwr a Seleniwm yn cael eu hychwanegu at 304 di-staen i'w wneud yn beiriant yn rhydd. Daw hyn yn ddur di-staen 303 neu 303SE, a ddefnyddir gan Edstrom Industries i wneud falfiau mochyn, cnau, a rhannau nad ydynt yn agored i ddŵr yfed.
Mathau o ddur di-staen
MAE'R AISI YN DIFFINIO'R GRADDAU CANLYNOL YMYSG ERAILL:
Fe'i gelwir hefyd yn ddur di-staen “gradd morol” oherwydd ei allu cynyddol i wrthsefyll cyrydiad dŵr halen o'i gymharu â math 304. Defnyddir SS316 yn aml ar gyfer adeiladu gweithfeydd ailbrosesu niwclear.
304/304L DUR DI-staen
Mae gan fath 304 gryfder ychydig yn is na 302 oherwydd ei gynnwys carbon is.
316/316L DUR DI-staen
Mae Dur Di-staen Math 316/316L yn ddur molybdenwm sy'n meddu ar well ymwrthedd i dyllu gan doddiannau sy'n cynnwys cloridau a halidau eraill.
310S DUR DI-staen
Mae gan Dur Di-staen 310S wrthwynebiad rhagorol i ocsidiad o dan dymheredd cyson i 2000 ° F.
317L DUR DI-staen
Mae 317L yn ddur nicel cromiwm austenitig sy'n dwyn molybdenwm sy'n debyg i fath 316, ac eithrio mae'r cynnwys aloi yn 317L ychydig yn uwch.
321/321H DUR DI-staen
Math 321 yw math sylfaenol 304 wedi'i addasu trwy ychwanegu titaniwm mewn swm o leiaf 5 gwaith y cynnwys carbon a nitrogen.
410 DUR DI-staen
Mae Math 410 yn ddur di-staen martensitig sy'n magnetig, yn gwrthsefyll cyrydiad mewn amgylcheddau ysgafn ac mae ganddo hydwythedd eithaf da.
DUPLEX 2205 (UNS S31803)
Mae Duplex 2205 (UNS S31803), neu Avesta Sheffield 2205 yn ddur di-staen ferritig-austenitig.
MAE DUR DI-staen HEFYD YN CAEL EU DOSBARTHU GAN EU STRWYTHUR CRYSTALIN:
- Mae dur gwrthstaen austenitig yn cyfrif am dros 70% o gyfanswm y dur gwrthstaen a gynhyrchir. Maent yn cynnwys uchafswm o 0.15% carbon, isafswm o 16% cromiwm a digon o nicel a/neu fanganîs i gadw strwythur austenitig ar bob tymheredd o'r rhanbarth cryogenig i bwynt toddi yr aloi. Mae cyfansoddiad nodweddiadol yn 18% cromiwm a 10% nicel, a elwir yn gyffredin fel 18/10 di-staen yn cael ei ddefnyddio'n aml mewn llestri gwastad. Yn yr un modd mae 18/0 a 18/8 ar gael hefyd. Mae duroedd di-staen ¨Superaustenitig〃, fel aloi AL-6XN a 254SMO, yn dangos ymwrthedd mawr i bylu clorid a chorydiad agennau oherwydd cynnwys Molybdenwm uchel (> 6%) ac ychwanegiadau nitrogen ac mae'r cynnwys nicel uwch yn sicrhau gwell ymwrthedd i graciau straen-cyrydu dros y gyfres 300. Mae cynnwys aloi uwch duroedd “Superaustenitig” yn golygu eu bod yn ofnadwy o ddrud ac fel arfer gellir cyflawni perfformiad tebyg gan ddefnyddio dur deublyg am gost llawer is.
- Mae dur gwrthstaen ferritig yn gallu gwrthsefyll cyrydiad yn fawr, ond yn llawer llai gwydn na graddau austenitig ac ni ellir eu caledu gan driniaeth wres. Maent yn cynnwys rhwng 10.5% a 27% o gromiwm ac ychydig iawn o nicel, os o gwbl. Mae'r rhan fwyaf o gyfansoddiadau yn cynnwys molybdenwm; rhai, alwminiwm neu ditaniwm. Mae graddau ferritig cyffredin yn cynnwys 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo, a 29Cr-4Mo-2Ni.
- Nid yw dur di-staen martensitig mor gwrthsefyll cyrydiad â'r ddau ddosbarth arall, ond maent yn hynod o gryf a chaled yn ogystal â pheiriant iawn, a gellir eu caledu trwy driniaeth wres. Mae dur di-staen martensitig yn cynnwys cromiwm (12-14%), molybdenwm (0.2-1%), dim nicel, a thua 0.1-1% o garbon (gan roi mwy o galedwch iddo ond gwneud y deunydd ychydig yn fwy brau). Mae'n diffodd ac yn magnetig. Fe'i gelwir hefyd yn ddur “cyfres-00”.
- Mae gan ddur di-staen deublyg ficrostrwythur cymysg o austenit a ferrite, a'r nod yw cynhyrchu cymysgedd 50:50 er y gall y cymysgedd fod yn 60:40 mewn aloion masnachol. Mae dur deublyg wedi gwella cryfder dros ddur di-staen austenitig a hefyd wedi gwella ymwrthedd i gyrydiad lleol, yn enwedig tyllu, cyrydiad agennau a hollti cyrydiad straen. Fe'u nodweddir gan gromiwm uchel a chynnwys nicel is na duroedd di-staen austenitig.
Hanes Dur Di-staen
Mae ychydig o arteffactau haearn sy'n gwrthsefyll cyrydiad yn goroesi o hynafiaeth. Enghraifft enwog (a mawr iawn) yw Piler Haearn Delhi, a godwyd trwy orchymyn Kumara Gupta I tua'r flwyddyn OC 400. Fodd bynnag, yn wahanol i ddur di-staen, mae'r arteffactau hyn yn ddyledus i'w gwydnwch nid i gromiwm, ond i'w cynnwys ffosfforws uchel, sydd ynghyd ag amodau tywydd lleol ffafriol yn hyrwyddo ffurfio haen goddefol amddiffynnol solet o ocsidau haearn a ffosffadau, yn hytrach na'r haen rhwd cracio nad yw'n amddiffynnol sy'n datblygu ar y rhan fwyaf o waith haearn.
Cydnabuwyd ymwrthedd cyrydiad aloion haearn-cromiwm gyntaf ym 1821 gan y metelegydd Ffrengig Pierre Berthier, a nododd eu gwrthwynebiad yn erbyn ymosodiad gan rai asidau ac a awgrymodd eu defnyddio mewn cyllyll a ffyrc. Fodd bynnag, nid oedd metelegwyr y 19eg ganrif yn gallu cynhyrchu'r cyfuniad o garbon isel a chromiwm uchel a ddarganfuwyd yn y rhan fwyaf o ddur di-staen modern, ac roedd yr aloion cromiwm uchel y gallent eu cynhyrchu yn rhy frau i fod o ddiddordeb ymarferol.
Newidiodd y sefyllfa hon ar ddiwedd y 1890au, pan ddatblygodd Hans Goldschmidt o'r Almaen broses aluminothermig (thermite) ar gyfer cynhyrchu cromiwm di-garbon. Yn y blynyddoedd 19041911, paratôdd nifer o ymchwilwyr, yn enwedig Leon Guillet o Ffrainc, aloion a fyddai'n cael eu hystyried yn ddur di-staen heddiw. Ym 1911, adroddodd Philip Monnartz o'r Almaen ar y berthynas rhwng cynnwys cromiwm a gwrthiant cyrydiad yr aloion hyn.
Mae Harry Brearley o labordy ymchwil Brown-Firth yn Sheffield, Lloegr yn cael ei gredydu amlaf fel “dyfeisiwr” di-staen
dur. Ym 1913, wrth chwilio am aloi gwrthsefyll erydiad ar gyfer casgenni gwn, fe ddarganfuodd aloi dur di-staen martensitig a'i ddiwydiannu wedyn. Fodd bynnag, roedd datblygiadau diwydiannol tebyg yn digwydd ar yr un pryd yng Ngwaith Haearn Krupp yn yr Almaen, lle'r oedd Eduard Maurer a Benno Strauss yn datblygu aloi austenitig (21% cromiwm, 7% nicel), ac yn yr Unol Daleithiau, lle'r oedd Christian Dantsizen a Frederick Becket yn diwydiannu ferritig di-staen.
Sylwch y gallai fod gennych ddiddordeb yn yr erthyglau technegol eraill rydym wedi'u cyhoeddi:
Amser postio: Mehefin-16-2022