كيف يغير معدل التبريد أثناء بثق PFA توزيع الإجهاد المتبقي في أغلفة السخان؟

يتم سحب PFA على قلب معدني ويترك القالب عند درجة حرارة 350-400 درجة ويتم تبريده إلى درجة حرارة الغرفة. يحدد معدل التبريد كيفية تجميد سلاسل البوليمر في مكانها، وهو ما يتحكم بشكل مباشر في توزيع الضغط المتبقي من خلال غلاف السخان النهائي. يمنع معدل التبريد السريع (5-10 درجة مئوية/دقيقة) استرخاء السلاسل ويؤدي إلى انخفاض الضغط المتبقي (1-3 ميجاباسكال) موزعًا بالتساوي عبر سمك الجدار. يعمل التبريد السريع (50-100 درجة /دقيقة، على سبيل المثال التبريد بالماء) على إصلاح السلاسل في حالة موجهة ويؤدي إلى توتر متبقي كبير (5-10 ميجا باسكال) يتركز على الأسطح الداخلية والخارجية. يؤدي التبريد السريع إلى إجهاد شد يتراوح بين 6-8 ميجا باسكال على السطح الداخلي (واجهة معدنية PFA) وضغط ضغط يتراوح بين 4-6 ميجا باسكال على السطح الخارجي لغمد PFA بسمك 2 مم. يعمل توزيع الضغط هذا على تسريع تكسير الإجهاد البيئي ويعزز التصفيح أثناء ركوب الدراجات الحرارية. تتطلب السخانات ذات الموثوقية الكبيرة تبريدًا بطيئًا.

آليات معدل التبريد وتكوين الإجهادات
عندما يبرد PFA المبثوق، يتصلب السطح الخارجي أولاً عندما يكون على اتصال مع الهواء البارد أو الماء. يتسبب القلب الساخن في تبريد الجزء الداخلي (باتجاه المركز المعدني) بشكل أبطأ، وبالتالي يبقى منصهرًا لفترة أطول. يؤدي هذا التصلب التفاضلي إلى تدرج في درجة الحرارة عبر الجدار. عندما يتصلب الجلد الخارجي وينكمش فإنه يسحب الجزء الداخلي الذي لا يزال منصهرًا إلى الخارج، مما يؤدي إلى شد الجزء الخارجي وضغط الجزء الداخلي. وأخيرًا، تتصلب الطبقة الداخلية وتنكمش، وتتراجع وتعكس حالة الإجهاد. يعتمد الضغط المتبقي النهائي على معدل التبريد ومحدودية اللب المعدني.

للحصول على غمد مروي بسرعة (حمام مائي عند 20 درجة، معدل تبريد 80 درجة / دقيقة) يتصلب الجلد الخارجي خلال 2-3 ثواني. تبرد الطبقة الداخلية إلى أقل من 200 درجة خلال 30-60 ثانية. تتجمد الطبقة الخارجية تحت شد (3-5 ميجا باسكال)، بينما تتجمد الطبقة الداخلية تحت شد (5-8 ميجا باسكال) من الطبقة الخارجية المتقلصة. وكانت النتيجة سطحًا داخليًا في حالة توتر (ضعيف) وسطح خارجي في حالة توتر (أقل فظاعة). الضغط على السطح الداخلي يفضل بدء الكراك عند ملامسة PFA والمعادن.

بالنسبة للغلاف المبرد تدريجيًا (تبريد الهواء-في فرن يمكن التحكم في درجة حرارته، 8 درجات /دقيقة)، يكون التدرج الحراري فوق الجدار صغيرًا. يصلب الجدار تقريبًا مرة واحدة. يكون الضغط المتبقي في حده الأدنى (1-2 ميجا باسكال) ويكون في الغالب ضاغطًا على السطح الداخلي (ممتاز، حيث يعمل الضغط على إغلاق الشقوق الصغيرة).

معدل التبريد والإجهاد المتبقي
معدل التبريد (درجة / دقيقة) تقنية التبريد إجهاد السطح الداخلي (MPa) إجهاد السطح الخارجي (MPa) نوع إجهاد الواجهة خطر التشقق
بارد بالفرن، تدريجيًا (مُلدن)5–10 −1 إلى −2 (ضاغط) −1 إلى −2 (ضاغط)ضاغط (جيد) منخفض جدًا
هواء بارد (درجة حرارة الغرفة، هواء ثابت) 15–25 +1 إلى +3 (شد) 0 إلى +1 (شد) شد معتدل منخفض هواء قسري (مروحة) 30–50 +3 إلى +5 +1 إلى +3 شد معتدل معتدل
يطفئ الماء (بارد) 60-100 +6 إلى +10 +3 إلى +6 قوة شد عالية عالية
إخماد الماء المثلج 100–150 +10 إلى +15 +5 إلى +10 قوة شد عالية جدًا عالية جدًا
ملاحظة: (+) تشير القيم الإيجابية إلى إجهاد الشد؛ (-) سلبي يعني الضغوط الضاغطة.

تأثير الإجهاد المتبقي على أداء السخان
يؤدي التبريد السريع إلى ارتفاع إجهاد الشد المتبقي في الواجهة المعدنية PFA-، الأمر الذي له ثلاثة تأثيرات ضارة:

تسارع التشقق الناتج عن الإجهاد البيئي مع المواد الكيميائية القوية (الأحماض والمذيبات المكلورة)، تتكسر التلامسات المجهدة عند الضغط المطبق المنخفض. إذا كان السخان الذي يحتوي على إجهاد متبقي 8 ميجا باسكال قد يتحطم في 30% من حمض الهيدروكلوريك عند 90 درجة خلال 500 ساعة، فإن نفس السخان الذي يحتوي على إجهاد متبقي 2 ميجا باسكال يدوم لمدة 5000 ساعة.

انخفاض عمر الدورة الحرارية: تضيف كل دورة تسخين/تبريد ضغوط التمدد الحراري إلى الإجهاد المتبقي. إذا كان المجموع أكثر من قوة الخضوع لـ PFA (12-15 ميجاباسكال) فإن الواجهة تنتج. يتم تبريد السخان بسرعة (8MPa المتبقية) + الإجهاد الحراري (5MPa)=13MPa ~ العائد . 7 MPa آمن مع سخان بطيء التبريد (2MPa المتبقية) + الإجهاد الحراري (5 MPa).

التصفيح المبكر: ينفصل PFA عن قلب المعدن بسبب إجهاد الشد، مما يشكل فجوات صغيرة. تتسرب الرطوبة إلى الشقوق ثم يؤدي التسخين إلى تحويل الرطوبة إلى بخار، مما يؤدي إلى حرق الغلاف.

الكشف والتعيين
Residual stress can be determined by cutting a ring from the PFA sheath, making an axial slice, and measuring the resulting curvature (radius of curvature method). Fast cooled tubes curve into a tight circle (radius 20–50 mm), slow cooled tubes stay almost straight (radius >200 ملم).

تحديد في المشتريات . يجب أن يتم تبريد غلاف PFA ببطء بعد البثق بمعدل تبريد لا يزيد عن 15 درجة / دقيقة من الذوبان إلى 100 درجة. اطلب قياس الضغط المتبقي وفقًا لمعيار ASTM D6991 (طريقة الأنبوب الشقي) مع معيار القبول: نصف قطر الانحناء أكبر من أو يساوي 150 مم للحلقة الطويلة 100 مم.

الاستنتاج: التبريد البطيء يقلل من الإجهاد المتبقي بنسبة 70-80%.
يحدد معدل تبريد قذف PFA توزيع الضغط المتبقي في أغلفة السخان مباشرة. يؤدي التبريد السريع (إخماد الماء) إلى إحداث إجهاد شد عالي (6-10 ميجا باسكال) في الواجهة المعدنية PFA- مما يؤدي إلى تشقق الإجهاد وتقليل عمر الدورة الحرارية والتصفيح. التبريد البطيء (الهواء أو الفرن، 5-15 درجة / دقيقة) يقلل من الإجهاد المتبقي إلى 1-3 ميجاباسكال (ضغط أو شد منخفض) ويزيد من عمر السخان بمقدار 3-5× في الاستخدام العدواني. بالنسبة لأي سخان يستخدم للدورة الحرارية أو الظروف المسببة للتآكل، حدد التبريد البطيء وتأكد من خلال اختبار الإجهاد المتبقي. وقت المعالجة أطول (ساعات مقابل دقائق) ويزيد من تكلفة الإنتاج بنسبة 10-20%، ولكن يتم سداده من خلال عمر خدمة أطول. السخان الذي يتم تبريده بسرعة هو وصفة لكارثة. أبطئه حتى يبرد، قلل من التوتر، اجعله ساخنًا لفترة طويلة. هذا هو قانون البثق.