Apakah Suhu Operasi Selamat Maksimum untuk Plat Pemanas Aluminium lwn. Keluli Tahan Karat?

Aluminium tidak boleh digunakan untuk plat pemanas yang perlu mencapai 300 C. Ia akan berpusing dan berubah bentuk walaupun dengan daya tekan yang sedikit. Jika anda menolak ke julat haba yang lebih besar, adalah penting untuk mengetahui siling suhu bahan plat biasa. Plat pemanas digunakan untuk melamina, pengawetan komposit, membentuk kaca dan menekan panas. Bidang ini dikuasai oleh dua bahan, aluminium (ringan, konduktif dan murah) dan keluli tahan karat (kuat, tahan lama dan tahan panas). Itu pada dasarnya adalah soal memilih suhu di antara mereka. Mengetahui had suhu selamat maksimum untuk plat keluli tahan karat aluminium menjamin plat dapat mengekalkan suhu titik tetap dan beban mekanikal yang diletakkan di atasnya semasa pemprosesan.

Aluminium Menyadurkan Sederhana-Kuda Kerja Haba
Aluminium mempunyai kekonduksian terma yang tinggi (200–250 W/m·K untuk aloi seperti 6061) yang membawa kepada kepanasan-cepat dan kehomogenan suhu yang baik. Ia juga mempunyai berat yang rendah dan mudah dimesin ke dalam reka bentuk yang rumit dengan saluran pemanas terbenam atau telaga termokopel. Tetapi tumit Achilles aluminium adalah kehilangan kekuatan pada suhu tinggi.

Had Suhu dan Kelakuan Mekanikal
Bagi kebanyakan aloi aluminium, seperti 6061-T6, aloi gred plat paling popular, suhu operasi berterusan yang selamat maksimum ialah kira-kira 200 darjah (392 darjah F). Di luar ambang ini bahan mula disepuh; struktur mikro yang mengeras pemendakan perlahan-lahan larut dan aloi kehilangan kesabarannya. Akibatnya, terdapat penurunan mendadak dalam kekuatan alah dan kekerasan. 6061 aluminium pada 250 C mempunyai kurang daripada 50% daripada kekuatan hasil suhu biliknya Pada tekanan tekan serendah 1–2 MPa (kira-kira 150–300 psi), plat boleh berubah bentuk secara kekal (kendur, tunduk atau membentuk lekukan permukaan seragam).

Dalam amalan, plat aluminium jarang digunakan dalam aplikasi galas beban melebihi 180 darjah. Sesetengah reka bentuk akan mencapai 220 darjah jika plat kecil yang tidak dimuatkan diperlukan (contohnya pemanasan sentuhan tanpa daya luaran) tetapi masih terdapat peluang perubahan dimensi.

Percanggahan Salutan PTFE
PTFE (polytetrafluoroethylene) digunakan sebagai salutan pada banyak plat pemanas aluminium untuk memberikan permukaan pelepasan tidak{0}}melekat. PTFE boleh digunakan secara berterusan pada suhu sehingga sekitar 500 darjah F (260 darjah ). Substrat aluminium tidak bertahan pada 260 darjah. Salutan PTFE didapati bertahan pada substrat aluminium pada 260 darjah . Tidak kira berapa banyak salutan yang boleh diambil, keseluruhan proses mempunyai siling keras, seperti yang ditentukan oleh had suhu bahan plat . Jika suhu melebihi 200 darjah keluli diperlukan walaupun proses memerlukan permukaan tidak{11}}melekat (keluli boleh disalut dengan PTFE juga, tetapi pematuhannya lebih sukar).

Pengembangan Terma Aluminium
Aluminium mempunyai pekali pengembangan terma yang agak tinggi (sekitar 23 x 10^-6 / C untuk 6061). Plat aluminium sepanjang 300 mm, dipanaskan dari 20 hingga 200 darjah, mengembang sekitar 1.2 mm. Pengembangan ini mesti diberi pampasan menggunakan slot pelekap, rel panduan atau penyambung fleksibel. Kegagalan menyediakan pembangunan terma boleh mengakibatkan pemanas lekuk atau rosak.

Plat Keluli Tahan Karat: Kuda Kerja Suhu Tinggi
Untuk suhu plat melebihi 250 darjah , keluli tahan karat diutamakan, terutamanya gred austenit 304 dan 316. Keluli mengekalkan sebahagian besar kualiti mekanikalnya sehingga dan melebihi 400 C . lebih daripada itu , had bergantung kepada aloi dan tegasan yang dibenarkan .

Had Suhu untuk Gred Perwakilan
Suhu Perkhidmatan Selamat Maksimum Bahan (berterusan) Nota
Aluminium 6061-T6 200 darjah (392 darjah F)Kekuatan berkurangan dengan cepat melebihi 180 darjah Aluminium 7075-T6 130 darjah (266 darjah F) Had suhu yang lebih rendah disebabkan oleh isu kakisan tegasan
Keluli Tahan Karat 304 800 darjah (1472 darjah F) Had plat praktikal ~500 darjah disebabkan oleh had pemanas dan penebat
Keluli Tahan Karat 316 800 darjah (1,472 darjah F)Serupa dengan 304; Rintangan klorida yang lebih baik
Keluli Tahan Karat 430 (feritik) 750 darjah (1382 darjah F) Kos lebih rendah, kurang boleh dibentuk
Keluli Alat H13 550 darjah (1022 darjah F) Dikeraskan, tahan haus-; stamping panas
Untuk plat pemanasan, suhu selamat maksimum praktikal untuk keluli tahan karat biasanya tidak dihadkan oleh keluli itu sendiri, tetapi oleh elemen pemanas, bahan penebat dan termokopel. Plat keluli tahan karat boleh dikendalikan dengan selamat pada suhu antara 400-500 darjah (750-930 darjah F) apabila dilengkapi dengan pemanas dalaman yang sesuai (seperti-komponen bersarung logam berpenebat mineral) dan penebat suhu tinggi (gentian seramik atau mika sedemikian). Sesetengah plat pembentuk kaca khas menggunakan pemanas bersalut Inconel dan penebat prestasi tinggi untuk mencapai sehingga 650 darjah .

Pengekalan Kekuatan pada Suhu Tinggi
Keluli tahan karat AISI 304 mengekalkan sekitar 70% kekuatan hasil suhu biliknya pada 500 darjah. Dalam erti kata lain, plat yang dibina untuk daya tekan sebanyak 50 tan pada suhu ambien masih boleh menguruskan sekitar 35 tan pada 500 darjah . Aluminium, sebaliknya, mengekalkan hanya 10–20% daripada kekuatannya pada 250 darjah . Keluli adalah bahan pilihan pada suhu melebihi 250 darjah kerana ia tidak menjalar atau menyepuhlindap di bawah tekanan akhbar industri biasa.

Teka-teki Kekonduksian Terma
Had utama keluli tahan karat adalah kekonduksian haba yang lemah. Keluli jenis 304, yang mempunyai kekonduksian terma suhu bilik kira-kira 15 W/m·K, mempunyai kekonduksian terma kira-kira 18 W/m·K pada 500 darjah . Ini adalah sekitar 10 hingga 12 kali lebih rendah daripada aluminium. Akibatnya:

Untuk menghapuskan tampalan sejuk, elemen pemanas mesti diletakkan lebih rapat dengan ketara (cth. 30–jarak 50 mm dan bukannya 80–100 mm untuk aluminium).

Kecerunan terma merentasi plat mengambil masa lebih lama untuk menyamakan oleh itu zon pemanasan mesti direka bentuk dengan teliti dan badan plat dibuat lebih tebal untuk mengedarkan haba.

Tempoh ramp up adalah lebih lama untuk kuasa pemanas yang sama.

Banyak plat keluli tahan karat suhu tinggi digerudi secara dalaman untuk pemanas kartrij atau tuang ke dalam pemanas untuk mengimbangi dan mereka mungkin mempunyai beberapa zon pemanasan bebas dengan pengawal individu.

Isu Bahan Lain
Pengembangan Terma daripada
Keluli tahan karat mengembang sekitar 17 × 10⁻⁶ / darjah (gred 304), yang kurang daripada aluminium tetapi masih ketara. Plat keluli 300 mm yang dipanaskan hingga 500 darjah akan mengembang kira-kira 2.4 mm (dari 20 darjah ). Ini mesti dikompensasikan dengan pemasangan fleksibel atau sokongan gelongsor. Kadar pengembangan plat keluli dan rangka penekan keluli tidak begitu berbeza tetapi jika plat keluli dipasang dalam rangka aluminium (jarang dilakukan) perancangan yang teliti adalah perlu.

Ketahanan terhadap kakisan
Aluminium dan keluli tahan karat kedua-duanya mempunyai rintangan kakisan yang baik dalam banyak tetapan, tetapi keluli tahan karat adalah lebih baik jika terdapat kelembapan, bahan kimia atau pengoksidaan suhu tinggi. Aluminium mempunyai lapisan oksida yang melindungi logam tetapi lapisan itu boleh dilemahkan dalam suhu tinggi atau persekitaran berasid/alkali. Keluli tahan karat ialah pilihan terbaik untuk plat kontak-makanan, perubatan atau kimia, terutamanya apabila agen pembersih digunakan.

Kebolehmesinan dan kos
Aluminium adalah murah (kira-kira 3-5 kali lebih murah daripada 304 tahan karat mengikut volum) dan jauh lebih mudah untuk diproses. Cip aluminium kecil yang boleh dikawal. Keluli tahan karat pengerasan kerja bergetah memerlukan kelajuan pemotongan yang lebih perlahan dan perkakas yang lebih kukuh. Ini bermakna prototaip dan plat tersuai menjadi lebih murah dalam aluminium - selagi keperluan suhu kekal dalam hadnya.

Platen dengan salutan dan suhu tidak sepadan
PTFE or fluoropolymer coatings are typically used when a non-stick surface is required (e.g. for curing epoxy prepregs or moulding thermoplastics). The highest continuous temperature of these coatings is 260–290 °C for ordinary grades (some high performance fluoropolymers approach 300 °C). A PTFE coated aluminium platen can not be utilised over 200°C since the aluminium fails first. A stainless steel platen with PTFE coating may be utilised up to the limit of the coating (260°C) however the steel is over specified for that temperature. Permanent PTFE coatings are not used in applications requiring both high temperature (>250 darjah ) dan permukaan tidak-melekat; dalam aplikasi ini sistem pelepas lain digunakan (lembaran pelepas bersalut silikon atau keluli digilap terdedah dengan semburan pelepas).

Kriteria pemilihan praktikal
Suhu Plat Maksimum Diperlukan Bacaan Disyorkan
Sehingga 150 darjah Aluminium 6061 (sesuai, tindak balas haba cepat)
150 darjah hingga 200 darjah Aluminium 6061 dengan penurunan beban; keluli tahan karat jika daya tekan yang kuat diperlukan
200 darjah -250 darjah Keluli tahan karat (304 atau 316) – aluminium berbahaya
Keluli Tahan Karat (304, 316, 430) 250 darjah hingga 500 darjah
Di atas 500 darjah CSpemanas khas (bersalut Inconel) atau plat seramik, keluli tahan karat
Abstrak
Pilihan aluminium berbanding keluli tahan karat untuk plat pemanas adalah benar-benar isu suhu. Aluminium adalah baik untuk sekitar 200 darjah C untuk pemanasan cepat, kehomogenan tinggi, kos rendah, dan kebolehmesinan yang mudah. Tetapi pada suhu ini ia melembut dan berubah bentuk di bawah tekanan.