A tűzihorganyzás egyik leggyakrabban félreértett vonatkozása az, hogy a vastagabb acélprofilok természetes módon hoznak létre vastagabb horganybevonatot. Első pillantásra úgy tűnhet, hogy ez a két vastagság nincs összefüggésben, de a metallurgiai reakciókinetika és a hőátadási viselkedés megmagyarázza ezt a következetes és kiszámítható kapcsolatot.
Kohászati alapelv
A tűzihorganyzás diffúzióval szabályozott folyamat. Amikor az acélt körülbelül 840–850 F (449–454 °F) hőmérsékleten olvadt cinkbe merítik, a vas és a cink reakcióba lép, és cink-vas intermetallikus ötvözetrétegek sorozatát alkotják, amelyek metallurgikusan kötődnek az acél hordozóhoz. A bevonat nem pusztán a tiszta metallurgiai cink felületi lerakódása, hanem valódi fémfeldolgozási folyamat. A bevonat növekedését a hőmérséklet, a bemerítés időtartama, az acélkémia, a hőátadási sebesség és a diffúziós kinetika szabályozza.
A termikus tömeg szerepe
Az acél vastagságát a bevonat vastagságával összekötő legkritikusabb tényező a termikus tömeg. A vastag, nehéz acélszelvény termikus tömege lényegesen nagyobb, mint a vékony, könnyű. Az olvadt cinkfürdőbe merítve:
- A vastagabb részek hosszabb ideig megtartják a hőt
- Lehűlési sebességük a fürdőből való kivonás után sokkal lassabb
- Az intermetallikus növekedési reakció ezért hosszabb ideig tart
Ezzel szemben a vékony lemez vagy könnyű anyag gyorsan eléri a termikus egyensúlyt, és gyorsan lehűl, ha kihúzzák, ami korlátozza a diffúziós reakcióhoz rendelkezésre álló időt, és jellemzően könnyebb bevonatképződést eredményez a vékonyabb acélszelvényeken.
Diffúziós kinetika és rétegfejlesztés
Ahogy a vastagabb acélszelvények tovább tartják a magas hőmérsékletet, hosszabb ideig folytatódik a vas diffúziója az olvadt cinkbe, növekszik az intermetallikus rétegvastagság, és ezzel arányosan nő a teljes bevonatvastagság. Az acélvastagság tehát közvetve befolyásolja a bevonat vastagságát a rendelkezésre álló reakcióidő befolyásolásával.
Ipari szabványok – ASTM A123 és ISO 1461
Az ASTM A123 és az ISO 1461 is elismeri ezt a megjósolható metallurgiai viselkedést azáltal, hogy minimális bevonatvastagság-értékeket állapít meg az acél vastagságtartománya alapján. Az ASTM A123 szerint szerkezeti formák és lemezek esetében a minimális átlagos bevonatvastagság fokozatosan növekszik az acél vastagságával:
| Acél vastagság | Minimum Átl. Bevonat vastagsága |
|---|---|
| < 1.6 mm | 45 μm |
| 1,6 – 3,2 mm | 65 μm |
| 3,2 – 4,8 mm | 75 μm |
| 4,8 – 6,4 mm | 85 μm |
| >6,4 mm | 100 μm |
1,5 mm alatti vékony acéllemez esetén a követelmény 45 μm, míg a 6 mm feletti vastag szerkezeti gerendákhoz legalább 85 μm szükséges. Minden bevonatvastagságra vonatkozó követelmény minimális; nincsenek maximális korlátok.
Termékforma különbségek
Folyamatos vonalakon horganyzott acéllemezek (például gépjármű- vagy épületburkolati anyagok) esetén a bevonat vastagsága általában körülbelül 6 μm és 50 μm között van oldalanként, míg a szabványos termékek, például a G90 osztály oldalanként körülbelül 18 μm-t produkálnak. Ezek a folyamatos horganyzott termékek eltérnek a szakaszosan horganyzott szerkezeti cikkektől és a tipikus vastagságú szerkezeti cikkektől.
Gyakorlati vonatkozások
Mivel a bevonat élettartama atmoszférikus környezetben megközelítőleg arányos a bevonat vastagságával, a vastagabb szerkezeti elemek természetesen hosszabb élettartamot érnek el anélkül, hogy további eljárásmódosításokat igényelnének. Az acélkémia is számít – az olyan elemek, mint a szilícium és a foszfor, befolyásolják a reakcióképességet, és felgyorsíthatják az ötvözetréteg kialakulását, és ha a vastagabb acél páratartalma is tovább nőhet, reaktív rétegvastagság alakulhat ki.
Az acél hordozó vastagsága és a horganyzott horgany bevonat vastagsága közötti összefüggés nem önkényes. Közvetlenül a tűzihorganyzási folyamat kohászati viselkedéséből adódik. Az acél vastagságon alapuló bevonatvastagság mérésének és meghatározásának képessége megbízható, tudományosan megalapozott keretet biztosít a mérnökök számára a horganyzott acéltermékek kiválasztásához, amelyek a kívánt üzemi környezetben biztosítják a kívánt élettartamot.
