¿Qué es el hierro fundido resistente al calor?

El hierro fundido resistente al calor es un tipo de material de hierro fundido diseñado específicamente para la operación a largo plazo en entornos de alta temperatura (generalmente por encima de 600 grados C) y manteniendo un buen rendimiento. A diferencia del hierro fundido ordinario, puede resistir efectivamente:

Oxidación (pelado): en una atmósfera oxidante a alta temperatura (como el aire), una película de óxido densa, estable y altamente adhesiva (como SIO ₂, Al ₂ O ∝, Cr ₂ O ∝) se forma en la superficie para evitar que el oxígeno continúe a difundir y corroda el interior.

Crecimiento: Esta es la debilidad fatal del hierro fundido ordinario a altas temperaturas. During repeated heating and cooling, factors such as internal oxidation (oxygen infiltration along graphite sheets or grain boundaries), graphitization (decomposition of cementite into graphite), phase transformation (ferrite\/austenite transformation), etc. cause irreversible volume expansion of the material (up to 10-15% or even higher), resulting in deformation, cracking, and loss of strength of the parts. El hierro fundido resistente al calor suprime en gran medida el fenómeno del "crecimiento" a través del control de aleación y microestructura.

La clave para el mecanismo de resistencia al calor
Elementos de aleación: la resistencia al calor se logra principalmente agregando elementos como silicio (Si), cromo (CR), aluminio (Al), etc.

Silicon (Si): It is the lowest cost and most widely used heat-resistant element. High silicon cast iron (>5% Si) forma una película protectora densa SIO ₂ en su superficie. El silicio también puede aumentar el punto de transición de fase, reducir el estrés por transición de fase y estabilizar la matriz de ferrita (la ferrita tiene una mejor resistencia al calor que la perlita\/cementita).

Chromium (Cr): forms a very stable Cr ₂ O ∝ protective film with excellent oxidation resistance. Chromium can significantly improve high-temperature strength and hardness, stabilize carbides (but excessive carbides may affect thermal conductivity and thermal shock resistance). High chromium cast iron (>15% CR) tiene una excelente resistencia al calor.

Aluminio (AL): forma una película protectora densa y fuerte de AL ₂ O ∝, con excelente resistencia a la oxidación. El aluminio también es un elemento de formación de ferrita fuerte. El hierro fundido de alúmina alto tiene una resistencia al calor sobresaliente, pero sus propiedades de fundición y procesamiento mecánico son pobres.

Níquel (NI): se usa principalmente en hierro fundido austenítico resistente al calor (como la serie NI Resist) para mejorar la resistencia a la alta temperatura, la resistencia, la resistencia a la fatiga del calor y la resistencia a la corrosión, y para estabilizar la estructura austenítica.

Morfología de grafito: el grafito esférico (hierro fundido nodular) tiene mayor resistencia y dureza que el grafito de escamas (hierro fundido gris), y el grafito se aislan y distribuye, reduciendo los canales para que el oxígeno penetre a través de los copos de grafito y mejora significativamente su resistencia al crecimiento. Por lo tanto, la aplicación de hierro dúctil resistente al calor supera con creces la de hierro fundido gris resistente al calor.

Estructura de la matriz: la matriz de ferrita es la estructura de la matriz más utilizada para el hierro fundido resistente al calor debido a su falta de transformación de fase (o temperatura de transformación de fase alta) durante el calentamiento y el enfriamiento, un pequeño cambio de volumen y una buena resistencia al crecimiento. La matriz austenítica es estable a altas temperaturas y también tiene una buena resistencia al crecimiento y una resistencia a la alta temperatura.

Tipos principales (clasificados por elementos de aleación y estándares)
Alto hierro fundido resistente al calor del silicio: como RTSI5 (≈ 5% SI), RQTSI5 (hierro dúctil). Bajo costo, buen antioxidante y resistencia al crecimiento por debajo de 900 grados C. ampliamente utilizado.

El hierro fundido resistente al calor del aluminio de silicio: como RQTSI4Al1 (hierro dúctil, ≈ 4% Si +1% Al). La adición de aluminio mejora la densidad de la película protectora, y la temperatura resistente al calor puede alcanzar 950-1050 grado C.

El hierro fundido resistente al calor del silicio de aluminio: como RQTAI4SI4 (hierro dúctil, ≈ 4% al +4% si), rtai5si5 (hierro gris). La temperatura resistente al calor puede alcanzar más de 1100 grados C, pero el rendimiento de fundición y procesamiento es deficiente.

Alto hierro fundido resistente al calor del cromo: como RQTCR16 (hierro dúctil, ≈ 16% Cr), RTCR16 (hierro gris). Formando una película protectora CR ₂ O ∝, tiene una excelente resistencia a la oxidación, una alta resistencia a la temperatura y puede resistir las temperaturas hasta 900-1100 grado C. También tiene buena resistencia al desgaste.

El hierro fundido resistente al calor austenítico basado en níquel: como D -5} S (Ni resistente D -5 S, que contiene Ni, Cr, Cu, etc.). La matriz austenítica tiene una excelente resistencia a alta temperatura, resistencia, resistencia a la fatiga del calor y resistencia a la corrosión, con una temperatura de resistencia al calor de más de 950 grados C. comúnmente utilizado en situaciones exigentes.

Áreas de aplicación principales
El hierro fundido resistente al calor se usa ampliamente en componentes de equipos industriales que requieren alta resistencia a la temperatura, como:

Calefacción del horno y tratamiento de tratamiento térmico: placa inferior del horno, barra de horno, riel de guía, tanque de mufla, cesta de material, crisol, tubo de radiación, marco de la puerta del horno.

Componentes de la caldera: rejilla, boquilla de quemador, partes del intercambiador de calor.

Industrias químicas y petroquímicas: soportes de tuberías de agrietamiento, tuberías de conversión, componentes de la válvula de alta temperatura.

Biln de cemento: Junta de rejilla, tablero de forro.

Industria de fabricación de vidrio: latas de recocido, moldes.

Incinerador: rejilla, bandeja de cenizas.

ventajas y desventajas
Ventaja:

Buena resistencia a la oxidación de alta temperatura y resistencia al crecimiento.

En comparación con el acero resistente al calor, el costo es más bajo.

Buen rendimiento de fundición, capaz de fabricar piezas con formas complejas.

Un cierto nivel de resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión (especialmente para los tipos de cromo altos).

Buena resistencia al choque térmico (algunos tipos).

Desventajas:

La resistencia, la plasticidad y la tenacidad a temperatura ambiente suelen ser más bajas que las del acero resistente al calor.

Algunos tipos de altas aleaciones, como la alta alúmina, el hierro fundido, tienen propiedades pobres de fundición y procesamiento mecánico.

La fuerza de alta temperatura (especialmente la resistencia a la fluencia) suele ser menor que la de los aceros resistentes al calor de alto grado y las aleaciones de alta temperatura.

resumir
El hierro fundido resistente al calor puede resistir efectivamente la oxidación y el daño del "crecimiento" en las atmósferas oxidantes de alta temperatura agregando elementos de aleación específicos (principalmente Si, Cr, Al) y controlando la morfología de grafito (preferiblemente esférica) y la estructura de la matriz (preferiblemente ferrita o austenita). Es una opción de material económica y confiable para fabricar componentes de alta temperatura, como hornos industriales, calderas y equipos químicos dentro del rango de temperatura de 600 grados C a 1100 grados C. Según la temperatura de trabajo específica, la atmósfera, las condiciones de estrés y los requisitos de costo, se pueden seleccionar diferentes tipos de hierro fundido resistente al calor (aluminio de silicio alto, silicio, alto cromio, austenítico, etc.).