معامل التمدد الخطي للفولاذ والمعادن (α) يحدد التغير النسبي في طول المادة الناتج عن تغير درجة الحرارة. وهو أحد أهم العوامل. الخواص الفيزيائية للصلب والسبائكيؤثر هذا العامل على تصميم خطوط الأنابيب، والمبادلات الحرارية، ومعدات الضغط، والأفران، والمكونات الملحومة، والوصلات الملولبة، والأجزاء التي تتطلب ثباتًا في الأبعاد. وتعتمد قيمة هذا العامل على تركيب السبيكة وبنيتها، ودرجة الحرارة، ونطاق القياس المعتمد.
يحدث التمدد الحراري حتى عندما لا يتعرض المكون لقوة خارجية. فإذا كان حرًا في التشوه، يتغير طوله؛ أما إذا كان مثبتًا بإحكام أو متصلًا بمادة ذات معامل تمدد حراري مختلف، فقد تنشأ إجهادات حرارية. لذلك، في الممارسة الهندسية، من المهم ليس فقط مدى تمدد المادةولكن أيضاً ما إذا كان بإمكانه التحرك دون قيود.
القاعدة الأهم: لا ينبغي التعامل مع معامل ألفا كرقم ثابت يُخصص لنوع معين. يجب أن تُشير كل مقارنة إلى نطاق درجة الحرارة، وحالة المادة، وما إذا كانت القيمة متوسطة أم لحظيةعلى سبيل المثال، يتمدد الفولاذ الأوستنيتي 304/304L عادةً أكثر من الفولاذ المزدوج 2205، لكن الفرق يختلف باختلاف درجة الحرارة.
ما هو معامل التمدد الخطي α؟
عند تسخين معظم المعادن، يزداد متوسط المسافة بين الذرات، مما يزيد من طول المنتج. وتنتج هذه الظاهرة عن الاهتزاز غير التوافقي للذرات في الشبكة البلورية. يصف المعامل الخطي التغير في الأبعاد في اتجاه واحد، وهو مفيد بشكل خاص للقضبان والأنابيب والصفائح والمكونات المحورية وأبعاد التجميع.
| حجم | رمز | jednostki | المعنى |
|---|---|---|---|
| معامل التمدد الخطي | α | K-1 أو 10-6/K | التغير النسبي في الطول لكل وحدة تغير في درجة الحرارة |
| الطول الأولي | L0 | مم أو م | الطول عند درجة الحرارة المرجعية المفترضة |
| التغير في الطول | ΔL | مم أو م | الفرق في الطول بعد تغير درجة الحرارة |
| تغير درجة الحرارة | Δ ت | كلفن أو درجة مئوية | T2 - ت1الفرق العددي هو نفسه في كل من كلفن ودرجة مئوية |
| معامل الحجم | β | K-1 | التغير النسبي في الحجم مع درجة الحرارة |
| معامل المرونة الطولي | E | GPa أو MPa | ضروري لتقدير الإجهادات في العناصر المقيدة |
مثال على الوحدة: القيمة 16,5 × 10-6/K تعني أن الجزء الحر الذي يبلغ طوله 1 متر قد تم تمديده بمقدار تقريبي سماكة 0,0165 ملم مع زيادة في درجة الحرارة بمقدار 1 كلفن، إذا أمكن اعتبار α ثابتًا في نطاق معين. ويشير الرمز 16,5 ميكرومتر/(متر كلفن) إلى نفس الكمية.
صيغ التمدد الخطي وحساب الطول
في النطاق الذي يمكن فيه افتراض ثبات قيمة α أو استخدام متوسط قيمتها للفترة الزمنية المحددة، يتم استخدام العلاقة التالية:
ΔL = α · L 0 · ΔT
الطول النهائي: L2 = لام0 + ΔL = L0(1 + αΔT).
بالنسبة للمعامل المتوسط المقاس بين درجتي الحرارة T1 هو - هي2 يمكنك حفظ: αريال سعودى = [L(T2) − L(T1)] / [L(T1) · (T2 - ت1)]وبدورها، يتم تعريف المعامل اللحظي بواسطة المشتقة α(T) = (1/L(T)) · dL/dTفي جداول المواد، غالباً ما يتم العثور على القيم المتوسطة من درجة حرارة أساسية ثابتة.
إذا كانت درجة الحرارة تتغير على نطاق واسع وتعتمد قيمة α على درجة الحرارة، فإن الوصف الأكثر دقة يتطلب التكامل: ln[L(T2)/L(T1)] = ∫تي₁T₂ α(T)dTفي الحسابات الهندسية العادية، يتم استخدام عامل متوسط ضمن النطاق المناسب للتغيرات البُعدية الصغيرة.
مثال: ما مقدار الزيادة في طول قضيب فولاذي طوله متران؟
لنفترض الطول الأولي سماكة 2000 ملم وارتفاع درجة الحرارة بواسطة 60 درجة مئوية (من 20 إلى 80 درجة مئوية). لمعامل متوسط قدره 16,5 × 10-6/K نحصل على:
ΔL = 16,5 × 10 −6 /K × 2000 مم × 60 K = 1,98 مم.
سيصل قضيب طوله 2000 مم تقريبًا سماكة 2001,98 ملم، إذا امتد بحرية.
للمقارنة، فإن القضبان المتطابقة، بافتراض قيم تمثيلية ثابتة لـ α، ستتغير أطوالها على النحو التالي:
| أشياء | α المقبول (10-6/ك) | استطالة ٢ متر عند ΔT = ٦٠ كلفن |
|---|---|---|
| الصلب الكربوني (القيمة المقارنة) | 12,5 | سماكة 1,50 ملم |
| دوبلكس 2205 / 1.4462 | 13,0 | سماكة 1,56 ملم |
| الأوستنيتي 304/304L | 16,5 | سماكة 1,98 ملم |
| إنفار 36 (قيمة مرتبطة بدرجات الحرارة المنخفضة) | 1,3 | سماكة 0,156 ملم |
هذه مقارنة نموذجية تُستخدم لتوضيح حجم الاختلافات. في مشروع حقيقي، تُستخدم قيم لشكل وحالة مادة معينة، بالإضافة إلى درجات الحرارة الابتدائية والنهائية الفعلية.
معامل التمدد الخطي للفولاذ والسبائك - جدول القيم
يلخص الجدول أدناه معاملات التمدد الحراري الخطي المتوسطة النموذجية من بيانات المواد المقدمة من الشركات المصنعة. وللمقارنة، تم الاحتفاظ بنطاقات درجات الحرارة الفردية التي قدمتها الشركات المصنعة عمدًا. هذه القيم خاصة بمواد محددة وظروف اختبار معينة، وليست لجميع أنواع نفس النوع.
| المواد والمجموعة | αريال سعودى (10-6/ك) | نطاق درجة الحرارة | طلب أو ملاحظة |
|---|---|---|---|
| الفولاذ الكربوني – المعيار | 12,5 | 30-100 ° C | مقارنة مع بيانات الفولاذ المقاوم للصدأ |
| 1.4301 / 304 (أوستنيتي) | 16,5 | 30-100 ° C | تمدد أعلى بكثير من الفولاذ الكربوني |
| 1.4404 / 316L (أوستنيتي) | 16,5 | 30-100 ° C | مهم لخطوط الأنابيب والمعدات الكيميائية |
| 1.4462 / 2205 (دوبلكس) | 13,0 | 30-100 ° C | تمدد أقل من الفولاذ الأوستنيتي النموذجي |
| 1.4410 / 2507 (طابق مزدوج فائق) | 13,5 | 30-100 ° C | القيمة النموذجية لـ SAF 2507؛ تعتمد على الوثائق |
| سبيكة 625 / 2.4856 | 12,51 | 20-100 ° C | وفقًا لبطاقة VDM Alloy 625 |
| هاينز 230 (سبيكة نيكل) | 11,8 | 25-100 ° C | بيانات سبيكة درجات الحرارة العالية |
| إنفار 36 (حديد-نيكل 36) | 1,30 | حوالي 21-93 درجة مئوية | تمدد منخفض للغاية في نطاق محدود |
| سبيكة كوفار / نيلو K | 6,0 | 20-100 ° C | متوافق مع بعض المواد الزجاجية والخزفية |
للمقارنة بين المصادر، يمكنك استخدام بطاقات الشركات المصنعة: أليما SAF 2205, أليما سانماك 304/304L, سبيكة VDM 625, كاربنتر إنفار 36 oraz المعادن الخاصة – نيلو/نيلوماج.
الفولاذ الفريتي مثل 1.4016 / AISI 430تتميز هذه الأنواع عمومًا بمعامل تمدد حراري أقل من الفولاذ الأوستنيتي 304 و316L؛ وتعتمد القيمة المحددة على نوع الفولاذ ونطاق درجة الحرارة. في حالة الفولاذ المقاوم للحرارة، على سبيل المثال... 1.4841، يجب أن يستند الاختيار إلى ورقة بيانات السبيكة المناسبة ودرجة الحرارة المستهدفة، وليس افتراض العامل الخاص بـ 304 تلقائيًا.
كيف يتغير معامل التمدد مع تغير درجة الحرارة؟
بالنسبة للعديد من المعادن والسبائك، يزداد متوسط معامل التمدد مع ارتفاع نطاق درجة الحرارة. مع ذلك، هذه ليست قاعدة مطلقة، إذ يمكن أن تُسبب التحولات الطورية والتأثيرات المغناطيسية والتركيبات الخاصة انحرافات عن السلوك الرتيب. لذا، لا ينبغي تطبيق القيمة المتوسطة من 30 إلى 400 درجة مئوية مباشرةً كما لو كانت القيمة اللحظية عند 400 درجة مئوية.
| أشياء | 30-100 ° C | 30-200 ° C | 30-300 ° C | 30-400 ° C |
|---|---|---|---|---|
| الفولاذ الكربوني (مقارنة) | 12,5 | 13,0 | 13,5 | 14,0 |
| 304 / 304L | 16,5 | 17,0 | 17,5 | 18,0 |
| 316L | 16,5 | 17,0 | 17,5 | 18,0 |
| دوبلكس 2205 | 13,0 | 13,5 | 14,0 | 14,5 |
| شقة دوبلكس 2507 | 13,5 | 14,0 | 14,0 | 14,5 |
وحدة الجدول: 10-6/K. هذه معاملات متوسطة لنطاقات محسوبة من 30 درجة مئوية وفقًا لبيانات Alleima SAF 2205 وSAF 2507 وSanmac 304/304L. للحصول على معلومات حول منتج محدد ودرجات حرارة أعلى، يُرجى مراجعة بيانات الشركة المصنعة الحالية.
على سبيل المثال، بالنسبة لسبائك 625 وفقًا لـ VDM، يزداد متوسط المعامل من حوالي. 12,51 × 10-6/K في نطاق 20-100 درجة مئوية do 13,62 × 10-6/K في نطاق 20-400 درجة مئويةوهذا يعني أن حساب مكون طويل يعمل عند درجة حرارة عدة مئات من الدرجات يتطلب مراعاة النطاق المناسب، بدلاً من البيانات المتعلقة بدرجة حرارة الغرفة فقط.
لماذا تختلف معدلات تمدد أنواع الفولاذ المختلفة؟
الفولاذ الأوستنيتي – 304، 304L، 316L
الفولاذ الأوستنيتي من الكروم والنيكل مثل 1.4301 i 1.4404تتميز هذه المواد ببنية مكعبة مركزية الوجوه (FCC)، وعادةً ما يكون معامل تمددها الحراري أعلى من الفولاذ الكربوني والفولاذ الفريتي. وهذا أمر بالغ الأهمية في الوصلات الملحومة مع الفولاذ الإنشائي، والمنشآت التي تتعرض لدورات حرارية متكررة، وعند اختيار مسافات التجميع.
الفولاذ الفريتي والمارتنسيتي
الفولاذ الفريتي، على سبيل المثال 1.4016تُظهر هذه المواد عادةً تمددًا أقل من الفولاذ 304. في الفولاذ المارتنسيتي والسبائكي، قد تكون الحالة بعد التصليد والتطبيع مهمة. قد تؤدي التغيرات في درجة الحرارة التي تشمل نطاق التغيرات الهيكلية إلى تغيرات إضافية في الحجم والطول لا يمكن تفسيرها بمعامل ثابت واحد α.
دوبلكس وسوبردابل
بسبب التركيب الفريتي-الأوستنيتي، فإن الفولاذ المزدوج، على سبيل المثال 1.4462 / 2205، والثنائي الفائق، على سبيل المثال 1.4410 / 2507تتميز هذه الفولاذات عادةً بمعاملات متوسطة بين الفولاذ الفريتي والفولاذ الأوستنيتي. وهذا يُعدّ ميزة في العديد من التصاميم التي تجمع بين متطلبات القوة ومقاومة التآكل. ومع ذلك، لا يعني هذا إمكانية تطبيق قيم الفولاذ المزدوج 2205 على الفولاذ المزدوج الفائق 2507 أو 1.4501 / ق 32760.
سبائك النيكل – سبائك 625 و718 والفولاذ المقاوم للحرارة
تعتمد خصائص سبائك النيكل بشكل كبير على محتوى النيكل والكروم والموليبدينوم والنيوبيوم والمواد المضافة الأخرى. سبيكة 625 يتميز بعلاقة مختلفة α(T) عن سبيكة 718وهي سبيكة مُقوّاة بالترسيب. عند درجات الحرارة العالية، تُعدّ خصائص الزحف والبنية المجهرية والدورة الحرارية الفعلية عوامل مهمة أيضًا. ولا يُعدّ مجرد تشابه اسم "إنكونيل" أساسًا لاعتماد معامل مشترك.
إنفار وكوفار – سبائك ذات تمدد منخفض
إنفار 36 وكوفار هذه سبائك من الحديد والنيكل مصممة بخصائص أبعاد محددة. يُستخدم إنفار 36 في المكونات الدقيقة، وأجهزة القياس، والمكونات التي يؤثر فيها أي تغيير طفيف في الطول على تشغيل الجهاز. أما كوفار، فيُستخدم في تطبيقات متنوعة، منها وصلات المعدن بالزجاج أو السيراميك حيث يكون توافق خصائص التمدد مهمًا. ويعود انخفاض تمدد إنفار إلى تأثيرات متعلقة بحالته المغناطيسية؛ إلا أنه لا يحافظ على نفس المقدار عند درجات الحرارة العالية.
التمدد الحراري والإجهادات والانفعالات في الهياكل
إذا تم توصيل مادتين بمعاملات α مختلفة بشكل دائم وتغيرت درجة الحرارة، فإن تشوهاتهما الحرة ستختلف. يُقيّد هذا التوصيل الحركة وقد يُسبب إجهادات، وانحرافات، وتقوسات، وإجهادًا حراريًا، وتسربات من موانع التسرب، أو تلفًا موضعيًا. تتطلب الوصلات غير المتشابهة، مثل وصلات الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ، بالإضافة إلى المبادلات الحرارية الأنبوبية والصدفية، وموانع التسرب متعددة المواد، عناية خاصة.
بالنسبة لنموذج مبسط للغاية لقضيب متجانس يكون امتداده مقيدًا تمامًا في اتجاه واحد، يمكن تقدير الإجهاد المرن على النحو التالي: |σ| ≈ E · α · |ΔT|في الأنظمة الواقعية، تُعدّ الهندسة، وصلابة التركيب، ونوع الحمل، وتوزيع درجة الحرارة، وقوة الخضوع، والزحف، واسترخاء الإجهاد، عوامل مهمة. لا ينبغي اعتبار هذا النموذج بديلاً عن الحسابات الكاملة لمعدات الضغط.
مثال لمادتين: على طول 2 متر ومع زيادة في درجة الحرارة قدرها 60 كلفن، فإن قضيب 304/304L (α ≈ 16,5 × 10-6سيطول (K) بمقدار 1,98 مم تقريبًا، وسيطول المزدوج 2205 (α ≈ 13,0 × 10-6/K) بحوالي 1,56 مم. يبلغ الفرق في الاستطالة الحرة حوالي 0,42 مم. في حالة الوصلة الصلبة، يجب مراعاة هذا الاختلاف في التصميم.
عند تحليل التشوهات الحرارية المصاحبة للتمدد، من الضروري مراعاة معامل يونغ E، اعتماد قيمتها على درجة الحرارة، الخصائص الميكانيكية وكيفية عمل الهيكل. التمدد وحده ليس مقياسًا لمقاومة درجات الحرارة العالية أو مقاومة الحرارة.
| مثال التطبيق | أهمية قابلية التوسع | العناصر التي تتطلب اهتماماً |
|---|---|---|
| خط الأنابيب التكنولوجي | تمديد عدة أمتار من التركيب | المعوضات، والدعامات المنزلقة، وأذرع التعويض |
| مبادل حراري | الاختلاف في تشوهات الغلاف والأنبوب | وصلات الأنابيب، القاع، الإحكام |
| فرن أو عنصر مقاوم للحرارة | دورات تسخين وتبريد متعددة | التخليص، التثبيت، التشوهات الموضعية |
| وصلة ملحومة من معدنين | التشوه الحراري المختلف للمواد | الإجهادات المتبقية، الإجهاد الحراري |
| تصميم قياس دقيق | الخطأ البُعدي مع تغير درجة الحرارة | إنفار، التحكم في درجة الحرارة، التعويض |
| وصلة معدنية زجاجية | قد يؤدي عدم تطابق ألفا إلى حدوث ضرر | كوفار، نطاق العمل، حالة السطح |
التمدد الخطي وتغيرات الطور، والمغناطيسية والمعالجة الحرارية
يصف معامل α التشوه الحراري في حالة مادية معينة. مع ذلك، قد تحدث ظواهر إضافية أثناء تسخين الفولاذ، مثل تحول الفريت والبيرلايت إلى أوستنيت، والتحول المغناطيسي قرب درجة حرارة كوري، وترسيب أو انحلال الأطوار، والتغيرات في البنية المجهرية. قد تُسبب هذه العمليات شذوذًا في منحنى التمدد الحراري، وقد تستمر بعض التغيرات البُعدية بعد التبريد.
وعلى وجه الخصوص، درجة حرارة كوري حديد (حوالي 770 درجة مئوية للحديد النقي) لا تُعادل درجة الانصهار أو درجات حرارة التيار المتردد1 و AC3يرتبط تأثير إنفار أيضًا بالخصائص المغناطيسية للسبيكة ويتطلب تحليلًا منفصلاً لدرجة الحرارة.
أثناء القياسات معالجة البلاستيك لُب إعادة التبلور والتلدين قد تعتمد النتيجة على تاريخ عملية التصنيع. لذا، بالنسبة للمكونات ذات التفاوتات الدقيقة، من الضروري وصف حالة المادة وطريقة تحضير العينة.
معامل التمدد الحجمي والسطحي
في المواد المتجانسة، يتغير معامل التمدد الحجمي عند درجات الحرارة المنخفضة β أكبر بثلاث مرات تقريبًا من الخطي: β ≈ 3αأما بالنسبة لمساحة السطح، فإن تقريبًا مماثلًا يعطي تغيرًا نسبيًا يبلغ حوالي 2αΔTتنطبق هذه التبعيات على التشوهات الصغيرة ولا ينبغي نقلها تلقائيًا إلى المواد شديدة التباين أو إلى الفترات التي تنطوي على تحولات هيكلية.
إن تغير حجم المادة لا يُعدّ مماثلاً للانكماش أثناء التصلب. فالانكماش أثناء التصلب ينطوي على الانتقال من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، ويتطلب وصفاً منفصلاً.
كيف يُقاس معامل التمدد الطولي؟ قياس التمدد والمعايير
تراقب هذه الاختبارات التغير في طول العينة أثناء التسخين و/أو التبريد المبرمج. يسجل جهاز قياس التمدد تغيرات طفيفة في الأبعاد كدالة لدرجة الحرارة، وغالبًا ما تُعرض النتيجة على شكل منحنى ΔL/L.0(T) ومتوسط α للنطاقات المحددة. وتُعد المعايرة ودقة قياس درجة الحرارة وجودة العينة وحالة العينة والجو المحيط ومعدل التسخين عوامل أساسية.
| المعيار أو الطريقة | ما هو موضوع هذا الأمر؟ | ملاحظة هامة |
|---|---|---|
| ASTM E228-22 | قياس تمدد القضيب (مقياس تمدد القضيب الضاغط) | قياس التمدد الخطي للمواد الصلبة |
| ASTM E831-25 | التحليل الحراري الميكانيكي (TMA) | ينبغي إيلاء اهتمام خاص للقيم الصغيرة لـ α |
| ASTM E289-25 | قياس التداخل | قياسات دقيقة للغاية للتغيرات الطفيفة في الطول |
| بطاقة منتج لنوع معين | متوسط قيم α في نطاقات درجات الحرارة | يجب أن تتوافق حالة المنتج ونوعه مع التصميم. |
تحدد المعايير المذكورة أعلاه طرق القياسليست قيم ألفا عالمية لكل نوع. بدورها، معايير الأنواع، مثل PN-EN 10088-1، تتعلق بتصنيف وقائمة الفولاذ المقاوم للتآكل؛ فهي لا تحل محل الوثائق البعدية وخصائص درجة الحرارة للمنتج.
كيفية اختيار معامل α للحسابات الهيكلية؟
ينبغي أن تبدأ عملية الاختيار بتحديد الدرجة ونطاق درجة الحرارة بدقة، ثم التحقق من البيانات المتعلقة بحالة التسليم الفعلية: مُلدّن، مُعالج حراريًا بالمحلول، مُصلّد على البارد، مُصلّد ومُخفّف، أو مُصلّد بالترسيب. بالنسبة للوصلات متعددة المواد، من الضروري مقارنة المعاملات. wszystkich العناصر المتصلة.
- تحديد نوع السبيكة: EN/W.Nr.، رقم المادة UNS أو التسمية الكاملة للمنتج ومواصفاته.
- درجة الحرارة المرجعية ودرجة الحرارة القصوى: القيم أثناء التجميع والتشغيل والإيقاف.
- نوع البيانات: متوسط المعامل αريال سعودى أو شكل الموجة α(T)؛ لا تخلط بينها وبين القيمة اللحظية.
- شروط الحرية: إمكانية التمديد، واتجاه الإجهاد، والدعامات، والمعوضات، والوصلات.
- حالة المادة وتاريخها: المعالجة الحرارية، والتشكيل على البارد، والشطف، واللحام، ودورات درجات الحرارة.
- التحكم في مصدر البيانات: بطاقة الشركة المصنعة، إصدار المستند، درجة حرارة القياس، التفاوتات المطلوبة.
في حالة الهياكل ذات الضغط الحرج، أو المنشآت ذات التقلبات الكبيرة في درجات الحرارة أو المكونات الدقيقة، فإن البيانات المجدولة هي نقطة انطلاق وليست بديلاً عن الحسابات وفقًا للوائح التصميم ذات الصلة ووثائق المعدات.
معامل التمدد الخطي – الأسئلة الشائعة (FAQ)
ماذا يعني معامل التمدد الخطي α؟
يحدد هذا المقياس التغير النسبي في طول المادة لكل وحدة تغير في درجة الحرارة. عملياً، تُستخدم القيمة المتوسطة لنطاق درجة حرارة محدد.
ما هي وحدة معامل التمدد الخطي؟
في أغلب الأحيان K-1، 10-6/K أو µm/(m K). وحدة 1/°C تعادل عدديًا وحدة 1/K لفروق درجات الحرارة.
كيف يتم حساب استطالة قضيب عند تسخينه؟
بتقريب بسيط: ΔL = α · L0 ΔT. يجب استخدام قيمة α المناسبة لنطاق درجة الحرارة قيد الدراسة.
هل يتمدد الفولاذ المقاوم للصدأ أكثر من الفولاذ العادي؟
تتميز العديد من أنواع الفولاذ الأوستنيتي، مثل 304 و316L، بقيمة α أعلى من الفولاذ الكربوني. أما الفولاذ الفريتي والفولاذ المزدوج فقد تكون قيمتهما أقل؛ وهذا يعتمد على نوع الفولاذ.
ما هو معامل التمدد للفولاذ 304/1.4301؟
وفقًا لبيانات شركة أليما الخاصة بفولاذ سانماك 304/304L، فإن القيمة المتوسطة تبلغ حوالي 16,5 × 10-6/K في نطاق 30-100 درجة مئوية. في نطاقات أوسع، قد تكون أعلى.
ما هي قيمة α للفولاذ 316L/1.4404؟
في مقارنة أليما، تم إعطاء ما يقارب 16,5 × 10-6/K لنطاق 30-100 درجة مئوية. لإجراء الحسابات، يجب تحديد البيانات الخاصة بشكل محدد ونطاق درجة حرارة معين.
هل يتميز الفولاذ المزدوج 2205 بتمدد أقل من الفولاذ 316L؟
نعم. تبلغ البيانات المقارنة لشركة أليما لنطاق درجات الحرارة من 30 إلى 100 درجة مئوية حوالي 13,0 × 10-6/K لـ SAF 2205 وحوالي 16,5 × 10-6/K لـ 316L.
ما هي المادة التي تتميز بمعامل تمدد حراري منخفض للغاية؟
ومن الأمثلة الكلاسيكية على ذلك Invar 36 - وهي سبيكة من الحديد والنيكل ذات معامل تمدد متوسط منخفض بشكل استثنائي ضمن نطاق درجة حرارة محدد ومحدود.
هل معامل α ثابت حتى 800 درجة مئوية؟
عادةً لا. ينبغي استخدام بيانات α(T) ومتوسط المعاملات للنطاق المناسب والتحولات الطورية المحتملة على نطاق واسع.
هل التمدد الحراري السلبي ممكن؟
نعم، تُظهر بعض المواد ونطاقات درجات حرارة محددة تغيراتٍ غير طبيعية، وأحيانًا سلبية، في الأبعاد عند التسخين. مع ذلك، لا ينبغي عزو هذا السلوك إلى أنواع الفولاذ العادية دون بيانات قياس.
ما الفرق بين التمدد الخطي والتمدد الحجمي؟
يصف التغير الخطي التغير في الطول، بينما يصف التغير الحجمي التغير في الحجم. بالنسبة للمواد المتجانسة والتشوهات الصغيرة، تكون قيمة β ≈ 3α تقريبًا.
كيف يتم قياس التمدد الخطي للفولاذ؟
يتم استخدام قياس التمدد والتحليل الحراري الميكانيكي بشكل أساسي، وفقًا لمعايير طريقة الاختبار، على سبيل المثال ASTM E228 أو E831.
هل تعني قيمة α العالية ضعف المقاومة عند درجات الحرارة العالية؟
لا. التمدد خاصية فيزيائية ولا يحدد في حد ذاته مقاومة الحرارة أو قوة الخضوع أو الزحف أو مقاومة التآكل.
لماذا قد يتشقق الفولاذ والزجاج عند دمجهما؟
قد يؤدي اختلاف التغيرات في الأبعاد الحرة أثناء التبريد أو التسخين إلى إجهادات. لذلك، تُستخدم سبائك خاصة ذات تمدد مُعدَّل في وصلات مختارة بين الزجاج والمعادن.
ملخص – التوسع الخطي في اختيار الفولاذ
يُعدّ معامل التمدد الخطي أحد المعايير الأساسية في تصميم المكونات المعرضة لتغيرات درجة الحرارة. ويمكن أن تُظهر أنواع الفولاذ الأوستنيتي والفريتي والثنائي، بالإضافة إلى سبائك النيكل، قيمًا مختلفة بشكل ملحوظ لمعامل التمدد الخطي (α)، ولذا تُستخدم مواد خاصة مثل إنفار أو كوفار للتحكم في استقرار الأبعاد. وتتمثل العوامل الحاسمة في نوع المادة، ونطاق درجة الحرارة المناسب، وظروف التشوه الحر أو المحدودتتيح هذه البيانات إمكانية التنبؤ الدقيق بالاستطالة وتقلل من خطر التلف الحراري.
اختيار المواد للتشغيل في درجات حرارة متغيرة: إذا كنت تعرف نوع المنتج وأبعاده ونطاق درجة حرارته، فأرسل استفسارك إلى kontakt@alfa-tech.com.plستساعد شركة ألفا-تك في تحديد متطلبات درجة وشكل وحالة المواد التي يتم تسليمها.