Alüminyum ve Paslanmaz Çelik Isıtma Plakaları için Maksimum Güvenli Çalışma Sıcaklığı Nedir?

300 C'ye ulaşması gereken bir ısıtma plakası için alüminyum kullanılamaz. En ufak bir baskı kuvvetinde bile bükülüyor ve deforme oluyordu. Daha büyük ısı aralıklarına yöneliyorsanız tipik plaka malzemelerinin sıcaklık tavanını bilmek önemlidir. Isıtma plakaları laminasyon, kompozit kürleme, cam şekillendirme ve sıcak presleme için kullanılır. Bu alanda iki malzeme hakimdir; alüminyum (hafif, iletken ve ucuz) ve paslanmaz çelik (güçlü, dayanıklı ve ısıya dayanıklı). Bu aslında aralarındaki sıcaklığı seçme meselesidir. Alüminyum paslanmaz çelik plakalar için maksimum güvenli sıcaklık sınırlarının bilinmesi, plakanın ayar noktası sıcaklığına ve işleme sırasında üzerine uygulanan mekanik yüklere dayanabilmesini garanti eder.

Alüminyum Plakalar Orta-Isı İş Makinası
Alüminyumun yüksek bir termal iletkenliği vardır (6061 gibi alaşımlar için 200–250 W/m·K), bu da hızlı ısınmaya ve iyi bir sıcaklık homojenliğine yol açar. Aynı zamanda hafiftir ve gömülü ısıtıcı kanalları veya termokupl kuyuları ile karmaşık tasarımlara kolayca işlenebilir. Ancak alüminyumun Aşil topuğu, yüksek sıcaklıklarda mukavemet kaybıdır.

Sıcaklık ve Mekanik Davranış Sınırı
En popüler merdane dereceli alaşım olan 6061-T6 gibi çoğu alüminyum alaşımı için maksimum güvenli sürekli çalışma sıcaklığı yaklaşık 200 derecedir (392 derece F). Bu eşiğin ötesinde malzeme tavlanmaya başlar; çökeltmeyle sertleştirilmiş mikro yapı yavaş yavaş çözünür ve alaşım temperini kaybeder. Sonuç olarak, akma mukavemetinde ve sertlikte keskin bir düşüş vardır. 6061 250°C'de alüminyum, oda sıcaklığındaki akma mukavemetinin %50'sinden daha azdır. 1–2 MPa (yaklaşık 150–300 psi) kadar düşük pres gerilimlerinde, merdane kalıcı olarak deforme olabilir (sarkma, eğilme veya temas bütünlüğüne zarar veren yüzey çöküntüleri oluşturma).

Pratikte alüminyum plakalar 180 derecenin üzerindeki yük taşıma uygulamalarında nadiren kullanılır. Yüksüz küçük bir plakaya ihtiyaç duyulursa (örn. harici kuvvet olmadan temasla ısıtma) bazı tasarımlar 220 dereceye gider ancak yine de boyut değişikliği şansı vardır.

PTFE Kaplama Farklılığı
PTFE (politetrafloroetilen), yapışmayan bir serbest bırakma yüzeyi sağlamak için birçok alüminyum ısıtma plakasında kaplama olarak kullanılır. PTFE, yaklaşık 500 derece F'ye (260 derece) kadar sıcaklıklarda sürekli olarak kullanılabilir. Alüminyum alt tabaka 260 derecede hayatta kalamadı. PTFE kaplamanın alüminyum bir alt tabaka üzerinde 260 derecede hayatta kaldığı görüldü. Kaplamanın ne kadar dayanabileceği önemli değil, tüm süreç, plakanın maddesinin sıcaklık sınırının gerektirdiği gibi sert bir tavana sahiptir. Sıcaklık 200 derecenin üzerindeyse, işlem yapışmaz bir yüzey gerektirse bile çelik gerekir (çelik de PTFE ile kaplanabilir ancak yapışması daha zordur).

Alüminyumun Termal Genleşmesi
Alüminyum oldukça yüksek bir termal genleşme katsayısına sahiptir (6061 için yaklaşık 23 x 10^-6 / C). 300 mm uzunluğunda, 20 dereceden 200 dereceye kadar ısıtılan alüminyum levha yaklaşık 1,2 mm genişler. Bu genişleme montaj yuvaları, kılavuz raylar veya esnek konektörler kullanılarak telafi edilmelidir. Isıl gelişimin sağlanamaması ısıtıcıların bükülmesine veya hasar görmesine neden olabilir.

Paslanmaz Çelik Merdaneler: Yüksek Sıcaklık İş Makinası
250 derecenin üzerindeki merdane sıcaklıkları için paslanmaz çelik, özellikle de östenitik kaliteler 304 ve 316 tercih edilir. Çelik, mekanik özelliklerinin çoğunu 400 C'ye ve üzerine kadar korur. bunun üzerindeki limit alaşıma ve izin verilen gerilime bağlıdır.

Temsili Sınıflar için Sıcaklık Sınırları
Malzeme Maksimum Güvenli Servis Sıcaklığı (sürekli) Notlar
Alüminyum 6061-T6 200 derece (392 derece F) 180 derecenin üzerinde mukavemet hızla düşer Alüminyum 7075-T6 130 derece (266 derece F) Stresli korozyon sorunları nedeniyle alt sıcaklık sınırı
Paslanmaz Çelik 304 800 derece (1472 derece F) Isıtıcı ve yalıtım sınırları nedeniyle pratik merdane sınırı ~500 derece
Paslanmaz Çelik 316 800 derece (1,472 derece F)304'e benzer; Daha iyi klorür direnci
Paslanmaz Çelik 430 (ferritik) 750 derece (1382 derece F) Daha düşük maliyet, daha az şekillendirilebilir
Takım Çeliği H13 550 derece (1022 derece F) Sertleştirilmiş, aşınmaya-dayanıklı; sıcak damgalama
Plakaları ısıtmak için, paslanmaz çeliğe yönelik pratik maksimum güvenli sıcaklık normalde çeliğin kendisiyle değil, ısıtıcı elemanlar, yalıtım ve termokupl malzemeleriyle sınırlandırılır. Paslanmaz çelik plakalar, uygun dahili ısıtıcılar (mineral-yalıtımlı metal kılıflı bileşenler gibi) ve yüksek sıcaklık yalıtımı (seramik elyaf veya mika gibi) ile donatıldığında 400-500 derece (750-930 derece F) arasındaki sıcaklıklarda güvenli bir şekilde çalıştırılabilir. Bazı özel cam şekillendirme plakalarında 650 dereceye kadar ulaşmak için Inconel kaplı ısıtıcılar ve yüksek performanslı izolasyonlar kullanılır.

Yüksek Sıcaklıklarda Mukavemetin Korunması
AISI 304 paslanmaz çelik, 500 derecede oda sıcaklığında akma dayanımının yaklaşık %70'ini korur. Başka bir deyişle, ortam sıcaklığında 50 tonluk bir presleme kuvveti için oluşturulmuş bir merdane, 500 derecede hala 35 ton civarındaki baskı kuvvetini yönetebilecektir. Alüminyum ise aksine 250 derecede gücünün yalnızca %10-20'sini korur. Çelik, normal endüstriyel pres basınçlarında akma ve tavlanma yapmadığı için 250 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda tercih edilen malzemedir.

Termal İletkenlik Bulmacası
Paslanmaz çeliğin birincil sınırlaması zayıf ısı iletkenliğidir. Oda sıcaklığında yaklaşık 15 W/m·K termal iletkenliğe sahip olan Tip 304 çeliğin termal iletkenliği 500 derecede yaklaşık 18 W/m·K'dir. Bu, alüminyumunkinden yaklaşık 10 ila 12 kat daha azdır. Sonuç olarak:

Soğuk bölgeleri ortadan kaldırmak için ısıtıcı elemanların birbirine önemli ölçüde daha yakın yerleştirilmesi gerekir (örneğin, alüminyum için 80–100 mm yerine. 30–50 mm aralık).

Plaka boyunca termal değişimlerin eşitlenmesi daha uzun zaman alır, bu nedenle ısıtma bölgelerinin dikkatli bir şekilde tasarlanması ve plaka gövdelerinin ısıyı dağıtmak için daha kalın yapılması gerekir.

Aynı ısıtıcı gücü için rampa süreleri çok daha uzundur.

Pek çok yüksek sıcaklık paslanmaz çelik plaka, kartuş ısıtıcıları için dahili olarak delinir veya telafi etmek için ısıtıcıların içine dökülür ve bireysel kontrolörlere sahip birkaç bağımsız ısıtma bölgesine sahip olabilirler.

Diğer Öncelikli Konular
Termal Genleşme
Paslanmaz çelik yaklaşık 17 × 10⁻⁶ / derece (304 sınıfı) civarında genleşir; bu, alüminyumdan daha az ancak yine de önemlidir. 500 dereceye kadar ısıtılan 300 mm'lik bir çelik levha yaklaşık 2,4 mm (20 dereceden) genişleyecektir. Bu, esnek montaj veya kayar desteklerle telafi edilmelidir. Çelik levhaların ve çelik pres çerçevelerinin genleşme oranları çok farklı değildir ancak çelik levha alüminyum çerçeveye monte ediliyorsa (nadiren yapılır) dikkatli planlama gereklidir.

Korozyona karşı direnç
Alüminyum ve paslanmaz çeliğin her ikisi de birçok ortamda iyi korozyon direncine sahiptir, ancak paslanmaz çelik nem, kimyasallar veya yüksek sıcaklıktaki oksidasyonun varlığında çok daha iyidir. Alüminyum, metali koruyan bir oksit tabakasına sahiptir ancak bu tabaka, yüksek sıcaklıklarda veya asidik/alkali ortamlarda zayıflayabilir. Paslanmaz çelik, özellikle temizlik maddeleri kullanıldığında, gıdayla temas eden, tıbbi veya kimyasal proses baskı levhaları için- en iyi seçimdir.

İşlenebilirlik ve maliyet
Alüminyum ucuzdur (hacim olarak 304 paslanmazdan yaklaşık 3-5 kat daha ucuzdur) ve işlenmesi oldukça kolaydır. Küçük kontrol edilebilir alüminyum çipler. Sakızlı işlenerek sertleşen paslanmaz çelik, daha yavaş kesme hızlarına ve daha sağlam takımlara ihtiyaç duyar. Bu, sıcaklık gereksinimi sınırlar dahilinde kaldığı sürece alüminyumda prototiplerin ve özel baskı plakalarının daha ucuz hale geldiği anlamına geliyor.

Kaplama ve sıcaklık uyumsuzluğuna sahip merdaneler
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 derece) ve yapışmaz-yüzey; bu uygulamalarda diğer ayırma sistemleri kullanılır (silikon kaplı ayırma levhaları veya ayırıcı spreyli çıplak cilalı çelik).

Pratik seçim kriterleri
Gereken Maksimum Plaka SıcaklığıÖnerilen Okuma
150 dereceye kadar Alüminyum 6061 (uygun, hızlı termal reaksiyon)
Yük azaltmalı 150 derece ila 200 derece Alüminyum 6061; güçlü baskı kuvvetleri gerekiyorsa paslanmaz çelik
200 derece -250 derece Paslanmaz çelik (304 veya 316) – alüminyum tehlikelidir
Paslanmaz Çelik (304, 316, 430) 250 derece ila 500 derece
500 derecenin üzerinde Özel ısıtıcılar (Inconel kılıflı) veya seramik plakalar, paslanmaz çelik
Soyut
Isıtma plakası için alüminyum ve paslanmaz çelik seçeneği gerçekten bir sıcaklık sorunudur. Alüminyum, hızlı ısıtma, yüksek homojenlik, düşük maliyet ve kolay işlenebilirlik nedeniyle yaklaşık 200 derece C'ye kadar iyidir. Ancak bu sıcaklıkta stres altında yumuşar ve deforme olur.