Yüksek sıcaklıkta oksidasyon direnci
Metalin yüksek sıcaklıkta oksidasyon direnci, çeliğin yüksek sıcaklıklarda oksidasyon direncini ifade eder. Oksidasyon tipik bir kimyasal korozyondur. Metal ve oksijen arasındaki kimyasal reaksiyon oksidatif korozyondur. Korozyon ürünü (oksit filmi), yüksek sıcaklıktaki hava ve yanma gazı gibi oksitleyici bir atmosferde metal yüzeye yapışır. Oksidasyonun gelişmesiyle birlikte oksit filminin kalınlığı artmaya devam eder. Metal oksidasyonunun belirli bir seviyeye ulaştıktan sonra oksitlenmeye devam edip etmemesi doğrudan metal yüzeyindeki oksit filmin performansına bağlıdır. Yoğun ve kararlı bir oksit filmi oluşursa ve oksit filmi yüksek bağlama kuvvetine ve ana metalle yüksek mukavemete sahipse, oksijen atomlarının metale yayılmasını önleyebilir ve oksidasyon oranını azaltabilir. Aksi takdirde oksidasyon hızlanacak, metal yüzeyin soyulmasına ve parçaların erken arızalanmasına yol açacaktır.
Çelik yüzeyindeki oksit tabakasının bileşimi sıcaklıkla ilgilidir. Oksit tabakası, 570 derecenin altında oksijen difüzyonunu etkili bir şekilde önleyebilen yoğun Fe2O3+Fe3O4'ten oluşur. 570 derecenin üzerine ısıtıldığında oksit filmi içten dışa doğru FeO+Fe2O3+Fe3O4'ten oluşur. FeO gevşek ve gözeneklidir ve tüm oksit film kalınlığının yaklaşık %90'ını oluşturur. Metal atomları ve oksijen atomları FeO katmanına kolayca yayılır ve oksidasyonu hızlandırır. Yüksek sıcaklık FeO çeliğin oksidasyon direncini büyük ölçüde azaltır. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, atomlar o kadar hızlı yayılır ve oksidasyon hızı da o kadar hızlı olur.
Çeliğin oksidasyon direncini arttırmanın ana yöntemi krom, silikon ve alüminyum gibi alaşım elementlerini eklemektir. Bu nedenle, çelik yüksek sıcaklıklarda oksijenle temas ettiğinde, Cr2O3, silika ve alüminadan oluşan yoğun, yüksek erime noktalı bir oksidasyon filmi oluşturur; bu film, çeliğin yüzeyini sıkı bir şekilde kaplayarak daha fazla oksidasyonu önler.
Yüksek sıcaklık dayanımı
Metalin yüksek sıcaklık dayanımı, metal malzemelerin yüksek sıcaklıklarda mekanik yüke dayanma yeteneğini, yani metal malzemelerin yüksek sıcaklıklarda plastik deformasyona ve hasara karşı direnç gösterme yeteneğini ifade eder. Metallerin yüksek sıcaklıklardaki mekanik özellikleri oda sıcaklığındakilerden çok farklıdır. Çalışma sıcaklığı yeniden kristalleşme sıcaklığından büyük olduğunda metal plastik deformasyona uğrar ve iş sertleşmesine uğrar. Dış kuvvetlerden etkilenmenin yanı sıra yeniden kristalleşme ve yumuşama da meydana gelecektir.
Metallerin yüksek sıcaklıklardaki mekanik özellikleri sıcaklık, zaman ve yapıya bağlıdır. Sünme genellikle yüksek sıcaklıklarda meydana gelir, yani çalışma sıcaklığı yeniden kristalleşme sıcaklığından daha yüksek olduğunda, çalışma gerilimi o sıcaklıkta elastik sınırı aşar ve metal zamanla yavaş yavaş deforme olur. Bir metalin sürünme direnci ne kadar yüksek olursa, yüksek sıcaklık dayanımı da o kadar yüksek olur.
Metalin yüksek sıcaklık mukavemeti genellikle sürünme sınırı ve dayanıklılık mukavemeti ile ifade edilir. Sürünme sınırı, bir metalin kalıcı deformasyonunun belirli bir sıcaklıkta belirli bir süre sonra belirli bir değere ulaştığında oluşan gerilim değeridir. Dayanıklılık mukavemeti, bir metal malzemenin sabit sıcaklık koşulları altında belirli bir süre boyunca maruz kaldığı stres değerini ifade eder. Yüksek sıcaklıklarda, metal malzemelerin tane sınırı mukavemeti iç tanelerinkinden daha düşüktür, bu nedenle alaşım elementlerinin eklenmesi yeniden kristalleşme sıcaklığını arttırır ve kararlı özel karbürler oluşturur. Tane sınırlarını azaltmak için iri taneli malzemelerin kullanılması, çeliğin yüksek sıcaklık dayanımını etkili bir şekilde artırabilir.
Mo, 530 dereceye kadar çalışma sıcaklığına sahip, sürünmeye dirençli ferritik çelikte önemli bir alaşım elementidir. Katı çözelti molibden çeliğin sürünme oranını etkili bir şekilde azaltabilir. Molibden, yüksek sıcaklıklarda karbürlerin topaklanmasını ve kabalaşmasını yavaşlatabilir. Vanadyum, titanyum ve niyobyum, çeliğin yüksek sıcaklık dayanımını artırmak için ince dağılmış karbürler oluşturabilen güçlü karbür oluşturucu elementlerdir. Titanyum, niyobyum ve karbon bileşikleri, östenitik çeliklerin yüksek sıcaklıklarda veya kaynak sonrasında taneler arası korozyonunu da önleyebilir.
