Bagaimana kejutan termal mempengaruhi panci yang terbuat dari bahan yang berbeda?

Dalam pertanyaan lain , saya punya sedikit komentar-diskusi dengan TFD tentang efek shock cooling pada panci. Singkatnya, saya mengatakan bahwa itu buruk untuk panci, dan dia berkata bahwa terutama jika panci itu terbuat dari baja, seharusnya pada suhu 500 ° C agar guncangan memiliki konsekuensi, bukan pada suhu memasak permen. Saya pikir jika itu sering terjadi, bahkan pada suhu rendah, struktur internal wajan akan menjadi lebih genap (karena microcracks, atau mungkin beberapa perbedaan dalam struktur kristal logam), yang mengarah ke titik panas.

Saya ingin sedikit memperluas pertanyaan. Saya pikir kita semua akan setuju bahwa guncangan suhu besar memiliki konsekuensi buruk pada logam (think forging). Saya pikir guncangan yang lebih kecil akan memiliki beberapa (tetapi konsekuensi lebih kecil), tetapi setelah komentar TFD saya tidak yakin. Dapatkah seseorang dengan pengetahuan yang lebih baik tentang logam menjelaskan apa yang terjadi dalam berbagai kombinasi kombinasi berikut:

1. Metode pendinginan
   1. Perendaman seluruh wajan dalam air dingin (seperti pada, saya memiliki sirup gula panas di dalamnya, dan ingin segera menghentikan pemanasan).
   2. Tuang sedikit cairan dingin ke dalam wajan panas yang kosong (seperti pada deglazing).
2. Bahan pan
   1. Besi tahan karat
   2. Aluminium
   3. Bawah terjepit
   4. Dilapisi (mis. Enamel, PTFE, keramik)
   5. Tembaga
   6. Besi
3. Perbedaan suhu (air dingin kita dalam semua hal dalam kisaran 5 ° C (lemari es) - 15 ° C (keran))
   1. Suhu steak / permen (mari kita pilih kisaran 160 ° C - 200 ° C karena karamelisasi dan Leidenfrost)
   2. Suhu kompor terpanas (karena saya ingin tahu tentang kasus ekstrim. 400 ° C atau 500 ° harus dilakukan, yang pertama karena itulah yang saya yakin miliki di kompor saya, yang kedua karena TFD menyebutkannya).

Mari kita asumsikan bukan kejutan tunggal, tetapi kejutan biasa (mungkin dua kejutan seminggu selama masa panci). Apa dampaknya? Dan juga, apakah ada kombinasi yang dapat (tetapi tidak akan selalu menghasilkan) memecahkan panci besi segera?

Dilapisi (mis. Enamel, PTFE, keramik)

Saya tidak bisa menjawab secara umum, tapi itu mudah. Kejutan termal tiba-tiba menyebabkan regangan pada suatu material oleh ekspansi yang tidak merata, baik pada material yang sama dengan gradien termal yang tinggi, atau pada antarmuka antara material dengan koefisien ekspansi termal yang berbeda. Ketegangan dalam hal ini (dua bahan berbeda) bisa sangat tinggi. Jika bahan yang dimaksud tidak elastis (mis. Enamel + keramik; Saya akan berpikir PTFE berbeda, tapi saya tidak yakin), maka ikatan antara lapisan dan logam akan sangat tegang dan kemungkinan akan retak dan pecah.

Saya dapat memberi tahu Anda dari pengalaman pribadi bahwa saya sebenarnya telah menggunakan ini untuk keuntungan saya:

Pada musim semi, saya menghasilkan sedikit sirup maple dengan merebus getah dalam wajan stainless steel yang tidak dilapisi. Pada kesempatan yang jarang, disertai dengan pelepasan banyak bahan peledak, saya telah membiarkan sirup mendidih terlalu jauh, di mana titik sirupnya terbakar dan tampaknya melapisi bagian bawah wajan dengan lapisan karbon hitam yang tipis namun keras dan sangat ulet. Trik untuk menghapus barang-barang ini adalah untuk mendapatkan semacam retak stres dimulai, misalnya dengan menggosok dengan wol baja atau bantalan tembaga, dan kemudian apa yang saya lakukan adalah saya meletakkan panci di atas kompor sebentar untuk membiarkannya memanas (tetapi tidak merah panas), dan kemudian bawa ke wastafel dan semprotkan air dingin di bagian bawah panci bagian dalam di mana karbon hitam menempel. Setelah beberapa kali, karbon hitam akan mulai mengelupas dan kemudian menjadi lebih mudah dihilangkan dengan kombinasi abrasi dan goncangan termal. (Dua panci I ' Sudah melakukan ini baik-baik saja; keduanya stainless steel dengan tebal (> 8mm) bagian bawah, dan saya telah memasukkannya melalui setidaknya 30 atau 40 siklus termal jenis ini.)

sunting ulang: topik umum:

Wikipedia mengatakan ini :

Kekokohan material terhadap goncangan termal ditandai dengan parameter goncangan termal:

dimana

• k adalah konduktivitas termal,
• σT adalah tegangan maksimal yang dapat ditahan material,
• α adalah koefisien ekspansi termal
• E adalah modulus Young, dan
• ν adalah rasio Poisson.

Konduktivitas termal yang lebih tinggi berarti lebih sulit untuk mendapatkan gradien termal yang besar melintasi material (kurang rentan terhadap goncangan); ekspansi termal yang lebih tinggi berarti lebih banyak regangan (lebih rentan terhadap guncangan), dan modulus Young yang lebih tinggi berarti lebih banyak tekanan untuk regangan yang diberikan (lebih rentan terhadap guncangan).

Jadi secara teoritis Anda bisa membandingkan bahan yang berbeda. (latihan untuk pembaca;) Kemungkinan besar tembaga akan lebih tangguh daripada logam lain, karena konduktivitas termal yang lebih tinggi dan keuletan yang lebih tinggi.

Konduktivitas termal k : Tembaga = 401, Aluminium alloy = 120-180, stainless steel = 12-45 (unit = W / m * K)

σT: tidak tahu:

Koefisien ekspansi termal α : Tembaga = 17, Aluminium = 23, besi = 11.1, stainless steel = 17.3 (unit = 10−6 / ° C)

Modulus Young E : Tembaga = 117, Aluminium = 69, besi / baja = sekitar 200 (unit = GPa)

Rasio Poisson ν : Tembaga / baja tahan karat / aluminium sekitar 0,3-0,33, besi cor = 0,21-0,26

Jadi stainless steel lebih buruk daripada aluminium atau tembaga (konduktivitas termal jauh lebih rendah, modulus Young lebih tinggi).

Saya belum pernah melakukan tes ilmiah pada panci, tetapi dari pengalaman bertahun-tahun saya telah mengamati ini menggunakan kompor listrik domestik, oven, dan kompor gas

Besi Cor: Wajan berkualitas baik tampaknya tidak bisa dihancurkan, kualitas rendah dengan cacat akan retak secara acak, tetapi lebih sering ketika tiba-tiba dipanaskan atau didinginkan. Ketika Anda membeli wajan besi cor baru berikan beberapa guncangan termal yang ekstrem pada kompor domestik Anda sebelum Anda repot-repot membumbunya. Jika retak kirim kembali dengan garansi. Saya memiliki panci yang lebih tua dari saya yang telah berulang kali disetrum termal termasuk dilemparkan ke dalam api super panas, dan tidak menunjukkan tanda atau kerusakan. Bahkan permukaan berbumbu itu lebih baik daripada beberapa panci PTFE

Coated Aluminium: (PTFE) Aluminium dengan cepat menjadi lebih lemah dan melengkung dengan thermal shock. Hanya menggunakan panas yang terlalu tinggi akan menyebabkan bengkok dan lapisan juga cepat memburuk. Setelah beberapa saat Anda dapat menggunakan tekanan tangan untuk 'membentuk kembali' bagian bawah :-)

Stainless Steel: Kualitas yang baik tampaknya tidak bisa dihancurkan, pas ini mungkin sedikit melengkung tetapi cenderung menetap kembali dengan penggunaan biasa. Wajan yang digunakan untuk de-glazing tampaknya semakin licin (kurang lengket) dari waktu ke waktu (ini bagus). Saya memiliki wajan stainless steel 55cm yang telah digunakan secara teratur selama sepuluh tahun terakhir, dan dicuci setiap saat dengan membuangnya ke dalam air dingin dan menggosok segera setelah disajikan

Bawah terjepit: Saya tidak pernah menyetrum panci jenis ini dengan sengaja, biasanya tidak digunakan untuk jenis masakan ini. Digunakan untuk panas yang merata

Saya akan terkejut jika kompor domestik bisa mencapai 400 ° C apalagi 500 ° C. Sebagian besar oven tidak dapat melewati 260 ° C (500 ° F) dan itu dalam kotak tertutup

Baja umumnya dikeraskan di atas 500 ° C (930 ° F), biasanya di atas 700 ° C (1300 ° F). Ini juga membuat mereka rapuh. Proses pengerasan berakhir dengan logam panas dengan cepat didinginkan dengan udara, minyak, atau air. Untuk baja dengan stabilitas tinggi, komponen dapat didinginkan hingga di bawah -75 ° C (-100 ° F)

Mereka adalah tempered dari 230 ° C (445 ° F), biasanya 270 ° C (520 ° F). Tempering membuat logam keras tetapi tidak rapuh. Proses temper berakhir dengan pendinginan bertahap ke suhu kamar

Kisaran 400 ° C (750 ° F) - 510 ° C (950 ° F) dihindari untuk waktu yang lama karena hal ini dapat menyebabkan embrittlement

Diperlakukan panci dilapisi keramik putih murah seperti itu (tidak tahu apakah itu akan mengambil perawatan itu, dan ingin mencari tahu), secara teratur mendinginkannya di bawah air mengalir (pertama kali diterapkan ke pangkalan) sehingga saya bisa membersihkan dan menyimpannya tepat setelah pengosongan. Setelah 10-20 perawatan seperti itu, apa pun yang akan menempel pada stainless steel akan menempel pada keramik, sehingga sifat antilengket menjadi sangat cepat. Tidak ada chipping yang terlihat, tetapi lapisannya mudah ternoda dari kunyit, karamel dll ... dengan cara yang Anda hampir tidak bisa memutihkannya lagi.

Ya thermal shock rusak lapisan keramik antilengket. jika bagian bawahnya adalah sandwich, ada lebih banyak peluang tidak hanya kehilangan antilengket tetapi juga mendapatkan retakan mikro.

Dalam kasus pelapisan ptfe berbasis air yang normal, Anda tidak akan melihat yang sama.