Dilatation thermique
Dilatation thermique
Informations de fabrication et dilatation thermique
"Les contraintes (compression, traction ou cisaillement) dues à une répartition inégale de la température et à des gradients de température non uniformes provoquent plus de défaillances dans les équipements à haute température que toutes les autres influences combinées, représentant environ 90 % du nombre total de cas. C'est destructeur principalement parce que l'ingénieur n'inclut pas dans sa conception une tolérance ou une disposition appropriée contre les inégalités de température ou parce que l'opérateur impose des différentiels de température qui provoquent des changements dimensionnels localisés avec des contraintes associées supérieures à la résistance élastique de l'alliage à la température donnée.
La grande majorité des pannes signalées à Rolled Alloys, entraînant rupture ou déformation en service, sont dus à la limitation de la dilatation thermique. Pour une conception et une installation réussies d'équipements à haute température, il est essentiel de prendre en compte la dilatation thermique et de pouvoir calculer la quantité de dilatation à prévoir. Vous trouverez ci-dessous un tableau simple pour calculer l'expansion totale, en pouces par pied de longueur, pour une température donnée.
Dilatation thermique totale, pouces/pied
| Température, °F | Acier au carbone | 446 | 304 | 309 | 310 | RA 253 MA | RA330 FR | RA333 FR | 601 | 600 | RA 602CA |
| 70-200 | 0.0139 | 0.00874 | 0.0145 | 0.0137 | 0.0131 | 0.0141 | 0.0129 | 0.0109 | 0.0119 | 0.0115 | 0.0103 |
| 70-400 | 0.0376 | 0.0225 | 0.0372 | 0.0356 | 0.0348 | 0.0370 | 0.0341 | - | 0.0317 | 0.0305 | 0.0297 |
| 70-600 | 0.0623 | - | 0.0604 | 0.0591 | 0.0569 | 0.0610 | 0.0566 | - | 0.0516 | 0.0502 | 0.0496 |
| 70-800 | 0.0885 | 0.0526 | 0.0876 | - | 0.0806 | 0.0859 | 0.0797 | - | 0.0727 | 0.0710 | 0.0710 |
| 70-1000 | 0.0904 | 0.0681 | 0.115 | 0.108 | 0.106 | 0.111 | 0.104 | 0.0960 | 0.0949 | 0.0937 | 0.0915 |
| 70-1200 | 0.113 | 0.0854 | 0.144 | - | 0.133 | 0.137 | - | 0.122 | 0.120 | 0.117 | 0.115 |
| 70-1400 | - | 0.102 | 0.174 | - | 0.160 | 0.164 | - | 0.148 | 0.147 | 0.142 | 0.144 |
| 70-1600 | - | 0.123 | - | 0.185 | 0.186 | 0.193 | 0.180 | 0.173 | 0.175 | 0.167 | 0.174 |
| 70-1800 | - | 0.152 | - | - | 0.214 | 0.224 | 0.208 | 0.201 | 0.204 | 0.193 | 0.201 |
| 70-2000 | - | - | - | - | 0.245 | - | - | - | 0.236 | - | 0.227 |
Pour convertir ces nombres dans le système métrique, multipliez par 83.33 pour obtenir des millimètres d'expansion pour chaque mètre de longueur, pour la température indiquée, qui est en Fahrenheit
Pour un exemple d'utilisation de ce tableau, considérons un moufle de 20 pieds de long en RA330, fonctionnant à 1800°F. Lisez 0.208 pouce/pied dans le tableau ci-dessus, multipliez par 20 pieds pour une expansion totale de 4.16 pouces
La manière la plus générale de calculer la dilatation thermique consiste à utiliser les coefficients moyens de dilatation thermique, tels que ceux donnés à la page suivante.
Pour utiliser le tableau de la page 2, multipliez la longueur de la pièce en pouces, multipliée par la différence entre la température ambiante et la température de fonctionnement, multipliée par le coefficient de dilatation. Notez que ces coefficients sont tous multipliés par 10-6, ce qui revient à diviser par un million.
Par exemple, considérez ce moufle de 20 pieds de long en RA330, fonctionnant à 1800°F :
20 pieds X 12 pouces/pied X (1800-70°F) X 10.0×10-6 = 240 pouces X 1730°FX 10×10-6 = 4.152 pouces.
Coefficient moyen de dilatation thermique
| ALLIAGE | Température, °F | ||||||||||||||||||
| 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | 1100 | 1200 | 1300 | 1400 | 1500 | 1600 | 1700 | 1800 | 1900 | 2000 | |
| 304, 316 * | 8.9 | 9.2 | 9.5 | 9.7 | 9.8 | 10.0 | 10.1 | 10.2 | 10.3 | 10.4 | 10.6 | 10.7 | 10.8 | 10.8 | - | - | - | - | - |
| 2205 | 7.2 | 7.3 | 7.5 | 7.7 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 321 | 9.3 | - | 9.4 | - | 9.5 | - | 10.0 | - | 10.3 | 10.5 | 10.6 | - | 10.9 | - | 11.1 | - | 11.4 | - | - |
| 309 | 8.8 | 8.9 | 9.0 | 9.2 | 9.3 | 9.4 | - | - | 9.7 | - | - | - | - | 10.0 | 10.1 | - | - | - | - |
| 310 | 8.4 | 8.6 | 8.8 | - | 8.95 | - | 9.2 | - | 9.5 | - | 9.8 | - | 10.05 | - | 10.15 | - | 10.3 | - | 10.6 |
| Acier Carbone* | 6.7 | 6.9 | 7.1 | 7.3 | 7.4 | 7.6 | 7.8 | 7.9 | 8.1 | 8.2 | 8.3 | 8.4 | - | - | - | - | - | - | - |
| RA 253 MA® | 9.06 | - | 9.34 | - | 9.59 | - | 9.81 | - | 9.97 | - | 10.14 | - | 10.3 | - | 10.5 | - | 10.8 | - | - |
| 410 | 5.5 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 6.5 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| RA330 FR® | 8.3 | 8.4 | 8.6 | 8.7 | 8.9 | 9.0 | - | 9.2 | 9.3 | 9.4 | 9.6 | - | - | 9.7 | 9.8 | 9.9 | 10.0 | - | - |
| HR-120™ | 7.95 | - | 8.29 | - | 8.56 | - | 8.80 | - | 8.98 | - | 9.24 | - | 9.52 | - | 9.72 | - | 9.84 | - | - |
| 353 MA® | 8.48 | - | 8.68 | - | 8.88 | - | 9.07 | - | 9.27 | - | 9.46 | - | 9.66 | - | 9.86 | - | 10.05 | - | - |
| 800H/TA | 7.9 | - | 8.8 | - | 9.0 | - | 9.2 | - | 9.4 | - | 9.6 | - | 9.9 | - | 10.2 | - | - | - | - |
| 446 | 5.6 | - | 5.7 | 5.8 | - | 5.9 | 6.0 | - | 6.1 | - | 6.3 | - | 6.4 | - | 6.7 | 6.9 | 7.3 | - | - |
| 600 | 7.4 | - | 7.7 | - | 7.9 | - | 8.1 | - | 8.4 | - | 8.6 | - | 8.9 | - | 9.1 | - | 9.3 | - | - |
| 601 | 7.6 | - | 8.01 | - | 8.11 | - | 8.3 | - | 8.5 | - | 8.87 | - | 9.19 | - | 9.51 | - | 9.82 | - | 10.18 |
| RA 602CA® | 6.6 | - | 7.5 | - | 7.8 | - | 8.1 | - | 8.2 | - | 8.5 | - | 9.0 | - | 9.5 | - | 9.7 | - | 9.8 |
| RA333 FR® | 7.0 | - | - | 8.0 | - | - | - | - | 8.6 | - | 9.0 | - | 9.3 | 9.3 | 9.4 | 9.5 | 9.7 | - | - |
| HH | - | - | - | - | - | - | - | - | 9.5 | - | 9.7 | - | 9.9 | - | 10.2 | - | 10.5 | - | 10.7 |
| HK | - | - | - | - | - | - | - | - | 9.4 | - | 9.6 | - | 9.8 | - | 10.0 | - | 10.2 | - | 10.4 |
| HT | 7.9 | - | 8.14 | - | 8.37 | - | 8.61 | - | 8.85 | - | 9.09 | - | 9.33 | - | 9.56 | - | 9.8 | - | 10.04 |
| HP | - | - | - | - | - | - | - | - | 9.2 | - | 9.5 | - | 9.8 | - | 10.0 | - | 10.3 | - | 10.6 |
| 825 | 7.8 | - | 8.3 | - | 8.5 | - | 8.7 | - | 8.8 | - | 9.1 | - | 9.5 | - | 9.7 | - | - | - | - |
| 20Cb-3® | 8.2 | 8.3 | 8.4 | - | 8.65 | - | - | 8.9 | 8.95 | - | 9.15 | - | 9.3 | 9.4 | 9.5 | - | - | - | - |
| AL-6XN® | 7.9 | 8.3 | 8.37 | 8.42 | 8.6 | 8.7 | 8.8 | 8.85 | 8.96 | - | 9.3 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Ti Gr2 | 4.8 | - | - | - | 5.1 | - | - | - | 5.4 | - | 5.6 | - | - | - | - | - | - | - | - |
REMARQUE : Tous les coefficients sont rapportés en pouces/pouces °F x 10-6, de la température ambiante à la température indiquée. Multipliez par 1.8 pour les unités métriques.
*ASME Section II Partie D Tableau TE-1
