Við útpressun PFA á málmkjarna fer fjölliðan út úr deyinu við 350–400 gráður og kólnar niður í stofuhita. Kælihraðinn ákvarðar hvernig fjölliða keðjur frjósa á sinn stað, stjórna beint afgangsstreitudreifingu í fullunnum hitaslíðri. Hæg kæling (5–10 gráður á mínútu) gerir keðjum kleift að slaka á, sem leiðir til lítillar afgangsspennu (1–3 MPa) sem dreifist jafnt í gegnum veggþykktina. Hröð kæling (50–100 gráður á mínútu, td vatnsslökkva) frystir keðjur í stilltu ástandi, sem skapar mikla afgangsspennu (5–10 MPa) sem safnast saman við innra og ytra yfirborð. Fyrir 2 mm þykkt PFA slíður skapar hröð kæling togspennu á innra yfirborði (PFA-málmviðmót) sem er 6–8 MPa og þrýstispenna 4–6 MPa á ytra yfirborði. Þessi streitudreifing flýtir fyrir sprungum á streitu í umhverfinu og stuðlar að delamination meðan á hitauppstreymi stendur. Hæg kæling er ákjósanleg fyrir há-áreiðanleika hitara.
Kælihraðakerfi og streitumyndun
Þegar útpressað PFA kólnar, storknar ytra yfirborðið fyrst vegna þess að það kemst í snertingu við kaldara loft eða vatn. Innra yfirborðið (gegn málmkjarnanum) helst bráðið lengur vegna þess að heiti kjarninn hægir á kælingu. Þessi mismunadrifandi storknun skapar hitastig yfir vegginn. Þegar ytra húðin storknar og minnkar, togar það enn-bráðna innra efnið út, skapar spennu í ytra laginu og þjöppun í því innra. Þegar innra lagið loksins storknar og minnkar, togar það til baka og snýr við streituástandinu. Endanleg afgangsspenna fer eftir kælihraða og þvingun málmkjarna.
Fyrir hraðslökkva-slíður (vatnsbað við 20 gráður, kælihraði 80 gráður/mín.) storknar ytri húðin innan 2–3 sekúndna. Innra lagið tekur 30–60 sekúndur að kólna undir 200 gráður. Ytra lagið læsist í togspennu (3–5 MPa) á meðan innra lagið storknar við spennu (5–8 MPa) frá samdrætti ytra lagsins. Niðurstaðan: innra yfirborð í spennu (slæmt), ytra yfirborð í spennu (minna slæmt). Spennan á innra yfirborðinu stuðlar að sprungum við PFA-málmviðmótið.
Fyrir hægt-kælt slíður (loftkæling í hitastýrðum-ofni, 8 gráður/mín.) er hitastigshallinn yfir vegginn í lágmarki. Allur veggurinn storknar nánast samtímis. Afgangsálag er lágt (1–2 MPa) og aðallega þjappandi á innra yfirborði (gott, vegna þess að þjöppun lokar örsprungum).
Afgangsstreita vs kælihraði
| Kæliaðferð | Kælihraði (gráða/mín.) | Innri yfirborðsspenna (MPa) | Ytra yfirborðsspenna (MPa) | Streitutegund við viðmót | Hætta á eyðingu |
|---|---|---|---|---|---|
| Ofninn kólnar hægt (glöddur) | 5–10 | −1 til −2 (þjappandi) | −1 til −2 (þjappandi) | Þjappandi (gott) | Mjög lágt |
| Loftkælt (stofuhiti, kyrrt loft) | 15–25 | +1 til +3 (tog) | 0 til +1 (tog) | Milt togþol | Lágt |
| Þvingað loft (vifta) | 30–50 | +3 til +5 | +1 til +3 | Miðlungs togþol | Í meðallagi |
| Vatnsslökkva (kalt) | 60–100 | +6 til +10 | +3 til +6 | Hár togþol | Hátt |
| Slökkva ísvatni | 100–150 | +10 til +15 | +5 til +10 | Mjög hár togþol | Mjög hátt |
Athugið: Jákvæð gildi (+) gefa til kynna togspennu; neikvætt (-) gefur til kynna þrýstiálag.
Hvernig afgangsstreita hefur áhrif á árangur hitara
Mikið togálag sem eftir er við PFA-málmviðmótið (frá hraðri kælingu) hefur þrjár neikvæðar afleiðingar:
Hröðun umhverfisálagssprunga: Í nærveru árásargjarnra efna (sýrur, klóruð leysiefni) sprungur streituviðmótið við minni álag. Hitari með 8 MPa afgangsspennu getur sprungið í 30% HCl við 90 gráður innan 500 klukkustunda; sami hitari með 2 MPa afgangsspennu endist í 5.000 klst.
Minni líftími varma hringrásar: Hver upphitunar-/kælingarlota bætir hitaþensluálagi við afgangsálag. Þegar summan fer yfir ávöxtunarstyrk PFA (12–15 MPa), gefur viðmótið eftir. Hratt-kældur hitari (afgangur 8 MPa) auk hitauppstreymis (5 MPa) nær 13 MPa-nærri afköstum. Hægur-kældur hitari (afgangur 2 MPa) auk hitauppstreymis (5 MPa) nær 7 MPa-öruggum.
Ótímabært delamination: Togspenna dregur PFA í burtu frá málmkjarnanum og myndar örgöt. Raki berst inn í eyðurnar og upphitun í kjölfarið breytir raka í gufu, sem veldur blöðrum í slíðrinu.
Uppgötvun og forskrift
Residual stress can be measured by cutting a ring of the PFA sheath, slitting it axially, and measuring the resulting curvature (radius of curvature method). Fast-cooled tubes curl into a tight circle (radius 20–50 mm); slow-cooled tubes remain nearly straight (radius >200 mm).
Fyrir innkaupaforskriftir, krefjast þess: "PFA hlíf skal vera hægt-kælt eftir útpressun, með kælihraða ekki yfir 15 gráður/mín. frá bráðnun í 100 gráður." Óskið eftir mælingu á afgangsspennu samkvæmt ASTM D6991 (slitröraðferð) með samþykkisviðmiðun: sveigjuradíus Stærri en eða jafnt og 150 mm fyrir 100 mm langan hring.
Ályktun: Hæg kæling dregur úr streitu sem eftir stendur um 70–80%
Kælihraði við útpressun PFA ákvarðar beinlínis dreifingu afgangsspennu í hitaslíður. Hröð kæling (vatnsslökkva) skapar mikla togspennu (6–10 MPa) við PFA-málmviðmótið, flýtir fyrir álagssprungum, dregur úr endingartíma varma hringrásarinnar og stuðlar að aflögun. Hæg kæling (5–15 gráður/mín., loftkæling eða ofnkæling) dregur úr afgangsálagi í 1–3 MPa (þjöppun eða lág tog), sem lengir endingu hitara um 3–5× í árásargjarnri notkun. Fyrir alla hitara sem ætlaðir eru til hitauppstreymis eða ætandi umhverfi, tilgreindu hæga kælingu og staðfestu með afgangsspennumælingu. Aukinn vinnslutími (klukkutímar á móti mínútum) bætir 10–20% við framleiðslukostnað en skilar sér til baka með lengri endingartíma. Hraðkældur-hitari er bilun sem bíður þess að gerast. Kældu það hægt, stressaðu það lágt, hitaðu það lengi. Það er útdráttarreglan.
