Chuma cha pua ni nini?
'Stainless' ni neno lililobuniwa mapema katika uundaji wa vyuma hivi kwa matumizi ya kukata. Ilikubaliwa kama jina la jumla la vyuma hivi na sasa inashughulikia aina mbalimbali za chuma na alama za utumizi unaostahimili kutu au oksidi.
Vyuma vya pua ni aloi za chuma na kiwango cha chini cha chromium 10.5%. Vipengele vingine vya aloi huongezwa ili kuboresha muundo na mali zao kama vile uundaji, nguvu na ugumu wa cryogenic.
Muundo huu wa kioo hufanya vyuma kama hivyo kuwa visivyo vya sumaku na visivyo na brittle kwa joto la chini. Kwa ugumu wa juu na nguvu, kaboni huongezwa. Inapofanyiwa matibabu ya kutosha ya joto vyuma hivi hutumika kama wembe, vipandikizi, zana n.k.
Kiasi kikubwa cha manganese kimetumika katika utunzi mwingi wa chuma cha pua. Manganese huhifadhi muundo wa austenitic katika chuma kama vile nikeli, lakini kwa gharama ya chini.
Mambo kuu katika chuma cha pua
Chuma cha pua au chuma kinachostahimili kutu ni aina ya aloi ya metali ambayo hupatikana katika aina mbalimbali. Inatumikia mahitaji yetu ya vitendo vizuri sana kwamba ni vigumu kupata nyanja yoyote ya maisha yetu, ambapo hatutumii aina hii ya chuma. Sehemu kuu za chuma cha pua ni: chuma, chromium, kaboni, nikeli, molybdenum na kiasi kidogo cha metali nyingine.
Hizi ni pamoja na metali kama vile:
- Nickel
- Molybdenum
- Titanium
- Shaba
Nyongeza zisizo za chuma pia hufanywa, kuu ni:
- Kaboni
- Nitrojeni
CHROMIUM NA NICKEL:
Chromium ni kipengele kinachofanya chuma cha pua kiwe cha pua. Ni muhimu katika kuunda filamu ya passiv. Vipengele vingine vinaweza kuathiri ufanisi wa chromium katika kuunda au kudumisha filamu, lakini hakuna kipengele kingine kinaweza kuunda sifa za chuma cha pua.
Kwa takriban 10.5% ya chromium, filamu dhaifu huundwa na itatoa ulinzi mdogo wa anga. Kwa kuongeza chromium hadi 17-20%, ambayo ni ya kawaida katika aina-300 mfululizo wa chuma cha pua cha austenitic, utulivu wa filamu ya passiv huongezeka. Kuongezeka zaidi kwa maudhui ya chromium kutatoa ulinzi wa ziada.
| Alama | Kipengele |
| Al | Alumini |
| C | Kaboni |
| Cr | Chromium |
| Cu | Shaba |
| Fe | Chuma |
| Mo | Molybdenum |
| Mhe | Manganese |
| N | Nitrojeni |
| Ni | Nickel |
| P | Fosforasi |
| S | Sulfuri |
| Se | Selenium |
| Ta | Tantalum |
| Ti | Titanium |
Nickel itaimarisha muundo wa austenitic (muundo wa nafaka au kioo) wa chuma cha pua na kuimarisha sifa za mitambo na sifa za utengenezaji. Maudhui ya nikeli ya 8-10% na hapo juu yatapunguza tabia ya chuma kupasuka kutokana na kutu ya dhiki. Nickel pia inakuza uboreshaji ikiwa filamu itaharibiwa.
MANGANESE:
Manganese, kwa kushirikiana na nikeli, hufanya kazi nyingi zinazohusishwa na nikeli. Pia itaingiliana na salfa katika chuma cha pua ili kuunda salfiti za manganese, ambayo huongeza upinzani dhidi ya kutu ya shimo. Kwa kuchukua nafasi ya manganese kwa nickel, na kisha kuchanganya na nitrojeni, nguvu pia huongezeka.
MOLYBDENUM:
Molybdenum, pamoja na chromium, ni nzuri sana katika kuimarisha filamu ya passive mbele ya kloridi. Ni mzuri katika kuzuia mwanya au kutu ya shimo. Molybdenum, karibu na chromium, hutoa ongezeko kubwa zaidi la upinzani wa kutu katika chuma cha pua. Edstrom Industries hutumia 316 cha pua kwa sababu ina 2-3% molybdenum, ambayo hutoa ulinzi wakati klorini inaongezwa kwenye maji.
KABONI:
Carbon hutumiwa kuongeza nguvu. Katika daraja la martensitic, kuongezwa kwa kaboni kunawezesha ugumu kupitia matibabu ya joto.
NITROJINI:
Nitrojeni hutumiwa kuleta utulivu wa muundo wa austenitic wa chuma cha pua, ambayo huongeza upinzani wake kwa kutu ya shimo na kuimarisha chuma. Kutumia nitrojeni hufanya iwezekanavyo kuongeza maudhui ya molybdenum hadi 6%, ambayo inaboresha upinzani wa kutu katika mazingira ya kloridi.
TITANIUM NA MIOBIUM:
Titanium na Miobium hutumiwa kupunguza uhamasishaji wa chuma cha pua. Wakati chuma cha pua kinahamasishwa, kutu ya intergranular inaweza kutokea. Hii inasababishwa na kunyesha kwa carbides za chrome wakati wa awamu ya baridi wakati sehemu zina svetsade. Hii inamaliza eneo la weld la chromium. Bila chromium, filamu ya passiv haiwezi kuunda. Titanium na Niobium huingiliana na kaboni kuunda carbidi, na kuacha chromium katika suluhisho ili filamu ya passiv iweze kuunda.
SHABA NA ALUMINIMU:
Shaba na Alumini, pamoja na Titanium, zinaweza kuongezwa kwa chuma cha pua ili kuchochea ugumu wake. Ugumu hupatikana kwa kuloweka kwenye joto la 900 hadi 1150F. Vipengele hivi huunda muundo mdogo wa metali ngumu wakati wa mchakato wa kuloweka kwenye joto la juu.
SALUFU NA SELENIUM:
Sulfuri na Selenium huongezwa kwa 304 isiyo na pua ili kuifanya mashine kwa uhuru. Hii inakuwa 303 au 303SE chuma cha pua, ambayo hutumiwa na Edstrom Industries kutengeneza vali za nguruwe, kokwa, na sehemu ambazo hazipatikani na maji ya kunywa.
Aina za chuma cha pua
AISI WANAFAFANUA MADARASA YAFUATAYO MIONGONI MENGINE:
Pia inajulikana kama chuma cha pua cha "daraja la baharini" kutokana na kuongezeka kwa uwezo wake wa kustahimili kutu kwenye maji ya chumvi ikilinganishwa na aina ya 304. SS316 hutumiwa mara nyingi kwa ajili ya kujenga mitambo ya kuchakata tena nyuklia.
304/304L CHUMA TUSI
Aina 304 ina nguvu ya chini kidogo kuliko 302 kutokana na maudhui yake ya chini ya kaboni.
316/316L CHUMA TUSI
Aina ya 316/316L Chuma cha pua ni chuma cha molybdenum ambacho kina uwezo wa kustahimili upenyezaji wa vimumunyisho vyenye kloridi na halidi zingine.
CHUMA CHA 310S
Chuma cha pua cha 310S kina uwezo wa kustahimili oksidi chini ya halijoto isiyobadilika hadi 2000°F.
317L CHUMA TUSI
317L ni molybdenum yenye chuma cha nikeli cha kromiamu austenitic sawa na aina 316, isipokuwa maudhui ya aloi katika 317L ni ya juu zaidi.
321/321H CHUMA TUSI
Aina 321 ni aina ya msingi ya 304 iliyorekebishwa kwa kuongeza titani kwa kiasi cha angalau mara 5 ya maudhui ya kaboni pamoja na nitrojeni.
410 CHUMA TUSI
Aina ya 410 ni chuma cha pua cha martensitic ambacho ni sumaku, hustahimili kutu katika mazingira tulivu na ina udugu mzuri kiasi.
DUPLEX 2205 (UNS S31803)
Duplex 2205 (UNS S31803), au Avesta Sheffield 2205 ni chuma cha pua cha ferritic-austenitic.
Vyuma VILIVYOCHUA PIA HUAINISHWA KWA MUUNDO WAO WA FUWELE:
- Vyuma vya pua vya Austenitic vinajumuisha zaidi ya 70% ya jumla ya uzalishaji wa chuma cha pua. Zina kiwango cha juu cha kaboni 0.15%, chromium isiyopungua 16% na nikeli ya kutosha na/au manganese ili kuhifadhi muundo wa austenitic katika halijoto zote kutoka eneo la cryogenic hadi kiwango cha kuyeyuka cha aloi. Utungaji wa kawaida ni 18% ya chromium na 10% ya nikeli, inayojulikana kama 18/10 cha pua mara nyingi hutumiwa katika flatware. Vile vile 18/0 na 18/8 inapatikana pia. ¨Superaustenitic〃 vyuma visivyo na pua, kama vile aloi AL-6XN na 254SMO, hustahimili upinzani mkubwa dhidi ya shimo la kloridi na kutu kwenye mwanya kutokana na maudhui ya juu ya Molybdenum (>6%) na nyongeza za nitrojeni na kiwango cha juu cha nikeli hurahisisha upinzani bora dhidi ya mpasuko wa dhiki. zaidi ya 300 mfululizo. Maudhui ya juu ya aloi ya vyuma vya "Superaustenitic" inamaanisha kuwa ni ghali sana na utendakazi sawa unaweza kupatikana kwa kutumia vyuma viwili kwa gharama ya chini zaidi.
- Vyuma vya chuma vya feri hustahimili kutu, lakini ni duni sana kuliko viwango vya hali ya juu na haviwezi kuwa ngumu kwa matibabu ya joto. Zina kati ya 10.5% na 27% ya chromium na nikeli kidogo sana, ikiwa ipo. Nyimbo nyingi ni pamoja na molybdenum; baadhi, alumini au titani. Alama za kawaida za feri ni pamoja na 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo, na 29Cr-4Mo-2Ni.
- Vyuma vya chuma vya Martensitic havistahimili kutu kama aina nyingine mbili, lakini ni kali sana na ni ngumu na vilevile vinaweza kutengenezwa kwa mashine nyingi, na vinaweza kugumu kwa matibabu ya joto. Chuma cha pua cha Martensitic kina chromium (12-14%), molybdenum (0.2-1%), hakuna nikeli, na karibu 0.1-1% ya kaboni (kuipa ugumu zaidi lakini kufanya nyenzo kuwa brittle zaidi). Inazimishwa na sumaku. Pia inajulikana kama chuma cha "mfululizo-00".
- Vyuma viwili vya pua vina mchanganyiko wa muundo mdogo wa austenite na ferrite, lengo likiwa ni kutoa mchanganyiko wa 50:50 ingawa katika aloi za biashara mchanganyiko unaweza kuwa 60:40. Chuma cha duplex kimeboresha nguvu zaidi ya vyuma visivyo na pua na pia vimeboresha uwezo wa kustahimili kutu uliojanibishwa hasa kupenya, kutu kwenye mwanya na mpasuko wa kutu. Zina sifa ya chromium ya juu na yaliyomo ya nikeli ya chini kuliko vyuma vya pua vya austenitic.
Historia ya Chuma cha pua
Mabaki machache ya chuma yanayostahimili kutu yanaishi tangu zamani. Mfano maarufu (na mkubwa sana) ni Nguzo ya Chuma ya Delhi, iliyojengwa kwa amri ya Kumara Gupta I karibu mwaka wa AD 400. Hata hivyo, tofauti na chuma cha pua, mabaki haya yanatokana na kudumu kwao si kwa chromium, lakini kwa maudhui ya juu ya fosforasi; ambayo pamoja na hali nzuri ya hali ya hewa ya ndani inakuza uundaji wa safu dhabiti ya kuzuia oksidi za chuma na fosfeti, badala ya safu isiyo ya kinga, iliyopasuka ya kutu ambayo hukua kwenye kazi nyingi za chuma.
Upinzani wa kutu wa aloi za chuma-chromium ulitambuliwa kwa mara ya kwanza mnamo 1821 na mtaalamu wa metallurgist wa Ufaransa Pierre Berthier, ambaye alibaini upinzani wao dhidi ya kushambuliwa na asidi fulani na akapendekeza zitumike katika kukata. Hata hivyo, wataalamu wa madini wa karne ya 19 hawakuweza kuzalisha mchanganyiko wa kaboni ya chini na chromium ya juu iliyopatikana katika vyuma vya kisasa vya pua, na aloi za juu za chromium ambazo wangeweza kuzalisha zilikuwa brittle sana kuwa na manufaa ya vitendo.
Hali hii ilibadilika mwishoni mwa miaka ya 1890, wakati Hans Goldschmidt wa Ujerumani alipoanzisha mchakato wa aluminothermic (thermite) wa kuzalisha chromium isiyo na kaboni. Katika miaka ya 19041911, watafiti kadhaa, hasa Leon Guillet wa Ufaransa, walitayarisha aloi ambazo leo zingechukuliwa kuwa chuma cha pua. Mnamo 1911, Philip Monnartz wa Ujerumani aliripoti juu ya uhusiano kati ya maudhui ya chromium na upinzani wa kutu wa aloi hizi.
Harry Brearley wa maabara ya utafiti ya Brown-Firth huko Sheffield, Uingereza anajulikana zaidi kama "mvumbuzi" wa bidhaa zisizo na pua.
chuma. Mnamo 1913, alipokuwa akitafuta aloi inayostahimili mmomonyoko wa mapipa ya bunduki, aligundua na baadaye akafanya viwanda aloi ya chuma cha pua ya martensitic. Walakini, maendeleo kama hayo ya kiviwanda yalikuwa yakifanyika wakati uleule katika Krupp Iron Works huko Ujerumani, ambapo Eduard Maurer na Benno Strauss walikuwa wakitengeneza aloi ya austenitic (21% chromium, 7% nickel), na huko Merika, ambapo Christian Dantsizen na Frederick Becket. walikuwa viwandani ferritic cha pua.
Tafadhali kumbuka kuwa unaweza kupendezwa na makala nyingine za kiufundi ambazo tumechapisha:
Muda wa kutuma: Juni-16-2022