چرا برخی از طرح های حمایتی باعث استرس پنهان می شوند؟

در بسیاری از سیستم‌های کوره، سازه‌های نگهدارنده عمدتاً برای موارد زیر طراحی می‌شوند:

• موقعیت‌یابی،
• تحمل بار،
• و پایداری مکانیکی.

با این حال، تجزیه و تحلیل میدانی نشان می‌دهد که:

برخی طرح‌های نگهدارنده می‌توانند ناخواسته تنش داخلی پنهان در غلتک‌های SiC ایجاد کنند.

این تنش‌ها ممکن است در حین نصب یا عملکرد عادی قابل مشاهده نباشند،
اما می‌توانند قابلیت اطمینان بلندمدت را به طور قابل توجهی کاهش دهند.

بسیاری از سیستم‌های نگهدارنده به نظر می‌رسند:

• سفت و سخت،
• پایدار،
• و از نظر مکانیکی ایمن.

در دمای اتاق:

• غلتک ممکن است به طور عادی بچرخد،
• هم‌ترازی ممکن است قابل قبول به نظر برسد،
• و هیچ مشکل آشکاری تشخیص داده نمی‌شود.

با این حال، در:

• ۱۲۰۰–۱۷۰۰ درجه سانتیگراد،

انبساط حرارتی تغییر می‌کند:

• شرایط تماس،
• توزیع بار،
• و محدودیت سازه‌ای.

در نتیجه:

• تنش انباشته شده داخلی ممکن است بسیار بیشتر از حد انتظار شود.

یک مشکل رایج:

• محدودیت بیش از حد سازه‌ای.

نمونه‌ها عبارتند از:

• بلوک‌های نگهدارنده سفت و سخت،
• هندسه تماس تنگ،
• سازه‌های با انتهای ثابت،
• پیش‌بار نامتعادل نگهدارنده،
• یا نیروی گیره بیش از حد.

این شرایط مانع از موارد زیر می‌شود:

• حرکت حرارتی آزاد.

به جای انبساط طبیعی،
غلتک می‌شود:

• تا حدی قفل شده،
  که ایجاد می‌کند:
• تنش فشاری داخلی در حین گرمایش،
• و تنش کششی در حین سرمایش.

تنش به ندرت به طور یکنواخت توزیع می‌شود.

در بیشتر موارد:

• مناطق تماس موضعی تنش بسیار بالاتری را تجربه می‌کنند.

مکان‌های به خصوص بحرانی عبارتند از:

• لبه‌های نگهدارنده،
• رابط‌های شفت،
• مناطق تماس گوشه،
• و نقاط تماس موضعی نگهدارنده.

این مناطق می‌شوند:

• مناطق تمرکز تنش،
  حتی زمانی که بار کلی عادی به نظر می‌رسد.

انحرافات کوچک نگهدارنده می‌تواند به شدت تحت تأثیر قرار دهد:

• فشار تماس،
• رفتار خمشی،
• و تغییر شکل حرارتی.

نمونه‌ها:

• اختلاف ارتفاع جزئی،
• شیب زاویه‌ای،
• نیروی فنر نامتعادل،
• یا سایش موضعی نگهدارنده‌ها.

این شرایط باعث ایجاد موارد زیر می‌شود:

• انتقال بار نامتعادل،
• گشتاورهای خمشی ثانویه،
• و توزیع تنش نامتقارن.

در طول چرخه‌های حرارتی تکراری:

• آسیب موضعی به تدریج انباشته می‌شود.

بسیاری از خرابی‌های ناشی از تنش پنهان در حین رخ نمی‌دهند:

• عملکرد پایدار.

به جای آن:

• خرابی‌ها اغلب در هنگام خاموش شدن ظاهر می‌شوند.

چرا؟

زیرا:

• سطح سریعتر خنک می‌شود،
• دمای داخلی بالاتر باقی می‌ماند،
• و انقباض حرارتی محدود می‌شود.

این ایجاد می‌کند:

• تنش کششی در نزدیکی سطوح و مناطق نگهدارنده.

برای مواد سرامیکی شکننده:

• تنش کششی بسیار خطرناک است.

در نتیجه:

• ترک‌ها اغلب در مناطق تمرکز تنش مرتبط با نگهدارنده شروع می‌شوند.

تنش پنهان ناشی از نگهدارنده معمولاً باعث ایجاد موارد زیر می‌شود:

• ترک خوردگی لبه،
• شکست منطقه نگهدارنده،
• تراشیدگی موضعی،
• سایش نامتقارن،
• یا خرابی ناگهانی شبیه شوک حرارتی.

در بسیاری از موارد:

• خود ماده معیوب نیست.

علت ریشه‌ای واقعی:

تنش ناشی از محدودیت نگهدارنده و انتقال بار نامتعادل.

سیستم‌های نگهدارنده نباید فقط:

• بار را تحمل کنند،
  بلکه باید:
• حرکت حرارتی را تطبیق دهند.

سازه‌های فنر-پشتیبان یا شناور کمک می‌کنند:

• نیروی تماس را مجدداً توزیع کنند،
• تغییرات ابعادی را جذب کنند،
• محدودیت موضعی را کاهش دهند،
• و تمرکز تنش را به حداقل برسانند.

این به خصوص برای موارد زیر مهم است:

• کوره‌های طولانی،
• چرخه‌های حرارتی سریع،
• و سیستم‌های غلتکی با دهانه بزرگ.

تنش پنهان خطرناک است زیرا:

• هیچ تغییر شکل قابل مشاهده‌ای ممکن است رخ ندهد،
• غلتک‌ها ممکن است صاف بمانند،
• و عملکرد ممکن است در ابتدا پایدار به نظر برسد.

با این حال:

• تنش داخلی در طول چرخه‌های حرارتی به انباشته شدن ادامه می‌دهد.

در نهایت:

• ترک‌های ریز کوچک گسترش می‌یابند،
  که منجر به:
• خرابی غیرمنتظره پس از عملکرد طولانی مدت می‌شود.

عملکرد قابل اعتماد غلتک نه تنها به موارد زیر بستگی دارد:

• استحکام مواد،
  بلکه به موارد زیر نیز بستگی دارد:
• انعطاف‌پذیری نگهدارنده،
• مجوز انبساط حرارتی،
• هندسه تماس،
• و رفتار توزیع بار.

در سیستم‌های سرامیکی دمای بالا:

طراحی نگهدارنده بخشی از خود سیستم تنش است.

برخی سازه‌های نگهدارنده به دلیل محدود کردن انبساط حرارتی و ایجاد محدودیت موضعی نامتعادل، تنش پنهان ایجاد می‌کنند.

برای سیستم‌های غلتکی SiC قابل اعتماد:

• نگهدارنده‌ها باید اجازه حرکت کنترل شده را بدهند،
• بار را به طور یکنواخت توزیع کنند،
• و تمرکز تنش موضعی را در طول چرخه حرارتی به حداقل برسانند.

برای کوره‌های با صفحه غلتکی دمای بالا، کاربید سیلیکون متراکم و بدون فشار (SSiC) به دلیل پایداری حرارتی عالی، مقاومت در برابر اکسیداسیون و قابلیت اطمینان ابعادی بلندمدت، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.شرکت فناوری مواد جدید شانشی کو (Shaanxi Kegu New Material Technology Co., Ltd.)