Jak szok termiczny wpływa na patelnie wykonane z różnych materiałów?

W innym pytaniu przeprowadziłem krótką dyskusję z TFD na temat wpływu chłodzenia szokowego na patelnie. Krótko mówiąc, powiedziałem, że jest to złe dla patelni, i powiedział, że szczególnie jeśli patelnia jest wykonana ze stali, powinna mieć temperaturę 500 ° C, aby wstrząsy miały konsekwencje, a nie w temperaturze gotowania cukierków. Myślę, że jeśli zdarza się to często, nawet w niskich temperaturach, wewnętrzna struktura patelni byłaby mniej równa (z powodu mikropęknięć, a może pewnej różnicy w krystalicznej strukturze metalu), prowadząc do gorących punktów.

Chciałbym trochę rozszerzyć pytanie. Myślę, że wszyscy zgodzimy się, że duże wstrząsy temperaturowe mają złe konsekwencje dla metali (myśl o kucie). Myślę, że mniejsze wstrząsy będą miały pewne (ale mniejsze konsekwencje), ale po komentarzach TFD nie jestem pewien. Czy ktoś z większą wiedzą na temat metali może wyjaśnić, co dzieje się w różnych kombinacjach następujących kombinacji:

1. Metoda chłodzenia
   1. Zanurzenie całej patelni w zimnej wodzie (jak w, mam w niej gorący syrop cukrowy i chcę natychmiast zatrzymać ogrzewanie).
   2. Wlewając niewielką ilość zimnego płynu do pustej gorącej patelni (jak podczas odlewania).
2. Materiał patelni
   1. Stal nierdzewna
   2. Aluminium
   3. Sandwiczone dno
   4. Powlekany (np. Emalia, PTFE, ceramika)
   5. Miedź
   6. Żelazo
3. Różnica temperatur (nasza zimna woda we wszystkich przypadkach mieści się w zakresie 5 ° C (lodówka) - 15 ° C (kran))
   1. Temperatura steków / cukierków (wybierzmy zakres 160 ° C - 200 ° C z powodu karmelizacji i Leidenfrost)
   2. Najgorętsza temperatura pieca (ponieważ chcę wiedzieć o skrajnym przypadku. Powinien zrobić 400 ° C lub 500 °, pierwszy, ponieważ jestem pewien, że miałem to na moim piecu, drugi, ponieważ wspominał o nim TFD).

Załóżmy, że nie jest to ani jeden szok, ale regularne szoki (może dwa szoki tygodniowo przez cały okres użytkowania naczynia). Jakie będą efekty? A także, czy istnieje kombinacja, która może (ale nie zawsze spowoduje) natychmiastowe rozbicie żeliwnej patelni?

Powlekany (np. Emalia, PTFE, ceramika)

Ogólnie nie umiem odpowiedzieć, ale to proste. Nagły szok termiczny powoduje odkształcenie materiału w wyniku nierównomiernej ekspansji, albo w tym samym materiale przez wysokie gradienty termiczne, albo w interfejsach między materiałami o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej. Napięcie w tym przypadku (dwa różne materiały) może być bardzo duże. Jeśli dany materiał nie jest elastyczny (np. Szkliwo + ceramika; uważam, że PTFE jest inny, ale nie jestem pewien), wówczas wiązania między powłoką a metalem byłyby silnie napięte i prawdopodobnie pękłyby i pękłyby.

Mogę powiedzieć z własnego doświadczenia, że ​​faktycznie wykorzystałem to na swoją korzyść:

Wiosną produkuję niewielką ilość syropu klonowego, gotując sok w niepowlekanej patelni ze stali nierdzewnej. W rzadkich przypadkach, gdy towarzyszy temu uwolnienie wielu materiałów wybuchowych, pozwalam syropowi zbyt mocno się zagotować, w którym to momencie pali się i wydaje się pokrywać spód miski cienką, ale twardą i bardzo sprężystą warstwą sadzy. Sztuką, aby usunąć te rzeczy, jest rozpoczęcie pewnego rodzaju pękania naprężeniowego, np. Przez szorowanie wełny stalowej lub podkładki miedzianej, a następnie umieszczam patelnię na kuchence na chwilę, aby rozgrzała się (ale nie rozpalony do czerwoności), a następnie przenieś go do zlewu i spryskaj zimną wodą wnętrze dna miski, do którego przylgnęła sadza. Po kilku latach sadza zacznie się łuszczyć, a następnie łatwiej będzie ją usunąć przez połączenie ścierania i szoku termicznego. (Dwie patelnie I ' zrobiliśmy to już dobrze; oba są ze stali nierdzewnej z grubym (> 8 mm) dnem i przeszedłem przez co najmniej 30 lub 40 cykli termicznych tego typu).

edytuj ponownie: temat ogólny:

Wikipedia mówi to :

Odporność materiału na szok termiczny charakteryzuje się parametrem szoku termicznego:

gdzie

• k oznacza przewodność cieplną,
• σT to maksymalne napięcie, któremu materiał może się oprzeć,
• α jest współczynnikiem rozszerzalności cieplnej
• E jest modułem Younga, a
• v jest współczynnikiem Poissona.

Wyższa przewodność cieplna oznacza, że ​​trudniej jest uzyskać duży gradient termiczny na materiale (mniej podatny na wstrząsy); wyższa rozszerzalność cieplna oznacza większe obciążenie (bardziej podatne na wstrząsy), a wyższy moduł Younga oznacza większe naprężenie dla danego odkształcenia (bardziej podatne na wstrząsy).

Teoretycznie możesz porównać różne materiały. (ćwiczenie dla czytelnika;) Najprawdopodobniej miedź byłaby bardziej sprężysta niż inne metale, ze względu na wyższą przewodność cieplną i wyższą ciągliwość.

Przewodność cieplna k : miedź = 401, stopy aluminium = 120-180, stal nierdzewna = 12-45 (jednostki = W / m * K)

σT: brak pomysłu:

Współczynnik rozszerzalności cieplnej α : miedź = 17, aluminium = 23, żelazo = 11,1, stal nierdzewna = 17,3 (jednostki = 10−6 / ° C)

Moduł Younga E : miedź = 117, aluminium = 69, żelazo / stal = około 200 (jednostki = GPa)

Współczynnik Poissona ν : miedź / stal nierdzewna / aluminium wynosi około 0,3-0,33, żeliwo = 0,21-0,26

Tak więc stal nierdzewna jest gorsza niż aluminium lub miedź (znacznie niższa przewodność cieplna, wyższy moduł Younga).

Nigdy nie przeprowadzałem badań naukowych na patelniach, ale z wieloletniego doświadczenia zaobserwowałem to przy użyciu domowej kuchenki elektrycznej, piekarnika i płyt gazowych

Żeliwo: dobrej jakości patelnia wydaje się niezniszczalna, niska jakość z wadami pęka losowo, ale częściej po nagrzaniu lub ochłodzeniu. Kupując nową żeliwną patelnię, zrób kilka ekstremalnych wstrząsów termicznych w kuchence domowej, zanim zechcesz ją przyprawić. Jeśli pęknie, odeślij go w ramach gwarancji. Mam patelnię, która jest starsza ode mnie, która była wielokrotnie szokowana termicznie, w tym wrzucana do super gorących pożarów i nie wykazuje żadnych oznak ani uszkodzeń. W rzeczywistości jego sezonowana powierzchnia jest lepsza niż niektóre patelnie PTFE

Powlekane aluminium: (PTFE) Aluminium szybko staje się słabsze i wypacza się w wyniku szoku termicznego. Samo użycie zbyt dużego ciepła spowoduje wypaczenie, a powłoka również szybko się pogarsza. Po chwili możesz użyć siły nacisku, aby „zmienić kształt” dna :-)

Stal nierdzewna: Dobra jakość wydaje się niezniszczalna, ten pas może nieznacznie wypaczać się, ale ma tendencję do osiadania z powrotem przy regularnym stosowaniu. Patelnie używane do odszklenia wydają się z czasem bardziej śliskie (mniej lepkie) (to dobrze). Mam 55 cm wok ze stali nierdzewnej, który był regularnie używany przez ostatnie dziesięć lat i za każdym razem jest mywany przez zrzucanie do zimnej wody i szorowanie natychmiast po podaniu

Kanapki: Nigdy nie celowo wstrząsnąłem termicznie tego rodzaju patelni, zwykle nie używanego do tego rodzaju gotowania. Używany do niskiego, równomiernego ciepła

Byłbym zaskoczony, gdyby piec domowy mógł osiągnąć temperaturę 400 ° C, a co dopiero 500 ° C. Większość piekarników nie może przekroczyć 260 ° C (500 ° F) i jest zamknięta

Stale są na ogół hartowane w temperaturze powyżej 500 ° C (930 ° F), zwykle powyżej 700 ° C (1300 ° F). To także czyni je kruchymi. Procesy hartowania kończą się gwałtownym schłodzeniem gorącego metalu powietrzem, olejem lub wodą. W przypadku stali o wysokiej stabilności części mogą być chłodzone do temperatury poniżej -75 ° C (-100 ° F)

Są one hartowane od 230 ° C (445 ° F), zwykle 270 ° C (520 ° F). Hartowanie powoduje, że metal jest twardy, ale nie kruchy. Proces odpuszczania kończy się stopniowym schładzaniem do temperatury pokojowej

Unika się zakresu 400 ° C (750 ° F) - 510 ° C (950 ° F) na dowolny czas, ponieważ może to powodować kruchość

Tak traktowałam niedrogą białą, pokrytą ceramiką patelnię (nie wiedząc, czy to potrwa i chcę się dowiedzieć), regularnie schładzał ją pod bieżącą wodą (najpierw nałożoną na podstawę), abym mógł ją wyczyścić i przechowywać zaraz po opróżnieniu. Po 10-20 takich zabiegach wszystko, co przykleiłoby się do stali nierdzewnej, przykleiłoby się do ceramiki, więc właściwości nieprzywierające poszły bardzo szybko. Brak widocznych odprysków, ale zauważalnie powłoka łatwo poplamiona kurkumą, karmelem itp. W taki sposób, że ledwo można było zrobić z niej biel.

Tak, nieprzywierająca powłoka ceramiczna uszkodzona przez szok termiczny. jeśli dno jest kanapkowe, istnieje większe prawdopodobieństwo nie tylko utraty nieprzywierającej powłoki, ale także mikropękania.

W przypadku normalnej powłoki ptfe na bazie wody nie zaobserwujesz tego samego.