Odolnosť proti oxidácii pri vysokej teplote
Odolnosť kovu proti oxidácii pri vysokej teplote sa vzťahuje na odolnosť ocele proti oxidácii pri vysokých teplotách. Oxidácia je typická chemická korózia. Chemická reakcia medzi kovom a kyslíkom je oxidačná korózia. Produkt korózie (oxidový film) priľne na kovový povrch v oxidačnej atmosfére, ako je vzduch s vysokou teplotou a spaľovací plyn. S rozvojom oxidácie sa hrúbka oxidového filmu stále zvyšuje. To, či oxidácia kovu pokračuje v oxidácii po dosiahnutí určitej úrovne, priamo závisí od výkonu oxidového filmu na povrchu kovu. Ak sa vytvorí hustý a stabilný oxidový film a oxidový film má vysokú väzbovú silu a vysokú pevnosť so základným kovom, môže zabrániť atómom kyslíka v difúzii do kovu a znížiť rýchlosť oxidácie. V opačnom prípade sa oxidácia urýchli, čo spôsobí odlupovanie kovového povrchu, čo vedie k skorému zlyhaniu dielov.
Zloženie vrstvy oxidu na povrchu ocele súvisí s teplotou. Vrstva oxidu sa skladá z hustého Fe2O3+Fe3O4, ktorý môže účinne zabrániť difúzii kyslíka pod 570 stupňov. Pri zahriatí nad 570 stupňov sa oxidový film skladá z FeO+Fe2O3+Fe3O4 zvnútra smerom von. FeO je sypký a pórovitý, čo predstavuje približne 90 % celkovej hrúbky oxidového filmu. Atómy kovov a kyslíka ľahko difundujú vo vrstve FeO a urýchľujú oxidáciu. Vysoká teplota FeO výrazne znižuje odolnosť ocele proti oxidácii. Čím vyššia je teplota, tým rýchlejšie atómy difundujú a tým vyššia je rýchlosť oxidácie.
Hlavnou metódou na zlepšenie odolnosti ocele voči oxidácii je pridanie legujúcich prvkov, ako je chróm, kremík a hliník. Preto, keď sa oceľ dostane do kontaktu s kyslíkom pri vysokých teplotách, vytvorí hustý oxidačný film s vysokou teplotou topenia z Cr2O3, oxidu kremičitého a oxidu hlinitého, ktorý pokrýva Povrch ocele je tesný a zabraňuje jej ďalšej oxidácii.
Pevnosť pri vysokej teplote
Pevnosť kovu pri vysokej teplote označuje schopnosť kovových materiálov odolávať mechanickému zaťaženiu pri vysokých teplotách, to znamená schopnosť kovových materiálov odolávať plastickej deformácii a poškodeniu pri vysokých teplotách. Mechanické vlastnosti kovov pri vysokých teplotách sú veľmi odlišné od mechanických vlastností pri izbovej teplote. Keď je pracovná teplota vyššia ako teplota rekryštalizácie, kov podlieha plastickej deformácii a mechanickému spevneniu. Okrem pôsobenia vonkajších síl dôjde aj k rekryštalizácii a mäknutiu.
Mechanické vlastnosti kovov pri vysokých teplotách súvisia s teplotou, časom a štruktúrou. Creep sa často vyskytuje pri vysokých teplotách, to znamená, keď je pracovná teplota vyššia ako teplota rekryštalizácie, pracovné napätie prekračuje medzu pružnosti pri tejto teplote a kov sa časom pomaly deformuje. Čím vyššia je odolnosť kovu voči tečeniu, tým vyššia je jeho pevnosť pri vysokej teplote.
Pevnosť kovu pri vysokej teplote je všeobecne vyjadrená medzou tečenia a pevnosťou trvanlivosti. Hranica tečenia je hodnota napätia, keď zvyšková deformácia kovu dosiahne určitú hodnotu po určitom čase pri určitej teplote. Odolná pevnosť sa vzťahuje na hodnotu napätia kovového materiálu v určitom časovom období pri konštantných teplotných podmienkach. Pri vysokých teplotách je pevnosť na hranici zŕn kovových materiálov nižšia ako pevnosť vnútorných zŕn, takže pridanie legujúcich prvkov zvyšuje teplotu rekryštalizácie a vytvára stabilné špeciálne karbidy. Použitie hrubozrnných materiálov na zníženie hraníc zŕn môže účinne zlepšiť pevnosť ocele pri vysokých teplotách.
Mo je kľúčovým prvkom zliatiny feritickej ocele odolnej voči tečeniu, ktorá má prevádzkovú teplotu až 530 stupňov. Pevný roztok molybdénu môže účinne znížiť rýchlosť tečenia ocele. Molybdén môže pri vysokých teplotách spomaliť aglomeráciu a hrubnutie karbidov. Vanád, titán a niób sú silné karbidotvorné prvky, ktoré môžu vytvárať jemné rozptýlené karbidy na zlepšenie pevnosti ocele pri vysokých teplotách. Zlúčeniny titánu, nióbu a uhlíka môžu tiež zabrániť medzikryštalickej korózii austenitických ocelí pri vysokých teplotách alebo po zváraní.
