In che modo lo shock termico influisce su pentole di materiali diversi?

In un'altra domanda , ho avuto un piccolo commento-discussione con TFD sull'effetto del raffreddamento d'urto sulle pentole. In poche parole, ho detto che è dannoso per la padella, e ha detto che soprattutto se la padella è in acciaio, avrebbe dovuto essere a 500 ° C affinché gli shock avessero conseguenze, non alla temperatura di cottura delle caramelle. Penso che se capita spesso, anche a basse temperature, la struttura interna della padella sarebbe meno uniforme (a causa di microcricche, o forse qualche differenza nella struttura cristallina del metallo), portando a punti caldi.

Vorrei ampliare un po 'la domanda. Penso che saremo tutti d'accordo sul fatto che i forti shock termici abbiano conseguenze negative sui metalli (pensate alla forgiatura). Penso che piccoli shock avranno alcune (ma minori conseguenze), ma dopo i commenti del TFD non ne sono sicuro. Potrebbe piacere a qualcuno con una migliore conoscenza dei metalli spiegare cosa succede nelle diverse combinazioni delle seguenti combinazioni:

1. Metodo di raffreddamento
   1. Immersione dell'intera padella in acqua fredda (come in, ho sciroppo di zucchero caldo e voglio fermare immediatamente il riscaldamento).
   2. Versare una piccola quantità di liquido freddo nella padella calda vuota (come nella vetratura).
2. Materiale padella
   1. Acciaio inossidabile
   2. Alluminio
   3. Fondo a sandwich
   4. Rivestito (ad es. Smalto, PTFE, ceramica)
   5. Rame
   6. Ferro
3. Differenza di temperatura (la nostra acqua fredda è in ogni caso nell'intervallo 5 ° C (frigorifero) - 15 ° C (rubinetto))
   1. Temperatura bistecca / caramelle (scegliamo un intervallo di 160 ° C - 200 ° C a causa della caramellizzazione e del Leidenfrost)
   2. La temperatura più calda della stufa (perché voglio sapere del caso estremo. 400 ° C o 500 ° dovrebbero fare, la prima perché è quello che sono sicuro di aver avuto sulla mia stufa, la seconda perché TFD l'ha menzionato).

Supponiamo che non sia un singolo shock, ma regolari (forse due shock a settimana per tutta la durata della padella). Quali saranno gli effetti? Inoltre, esiste una combinazione che può (ma non sempre si tradurrà in) una padella in ghisa immediatamente?

Rivestito (ad es. Smalto, PTFE, ceramica)

Non posso rispondere in generale, ma è facile. Lo shock termico improvviso provoca tensione in un materiale a causa di un'espansione diseguale, sia nello stesso materiale con alti gradienti termici, sia nelle interfacce tra materiali con diversi coefficienti di espansione termica. La tensione in questo caso (due materiali diversi) può essere molto elevata. Se il materiale in questione non è elastico (ad esempio smalto + ceramica; penso che il PTFE sia diverso, ma non ne sono sicuro), i legami tra il rivestimento e il metallo sarebbero fortemente tesi e probabilmente si spezzerebbero.

Posso dirti per esperienza personale che ho effettivamente usato questo a mio vantaggio:

In primavera, produco una piccola quantità di sciroppo d'acero facendo bollire la linfa in una padella di acciaio inossidabile non patinata. In rare occasioni, accompagnato dal rilascio di molte imprecazioni, ho lasciato bollire lo sciroppo troppo lontano, a quel punto brucia e sembra ricoprire il fondo della padella con uno strato sottile ma duro e molto resistente di nero carbone. Il trucco per rimuovere questa roba è iniziare una sorta di crepa da stress, ad esempio strofinando con lana d'acciaio o un pad di rame, e poi quello che faccio è mettere la padella sul fornello per un po 'per farlo riscaldare caldo (ma non rovente), quindi portalo nel lavandino e spruzza acqua fredda sul fondo della padella interna dove si è incollato il nero carbone. Dopo alcune volte, il nerofumo inizierà a sfaldarsi e quindi sarà più facile rimuoverlo da una combinazione di abrasione e shock termico. (Le due padelle io ' ho fatto questo su andava bene; entrambi sono in acciaio inossidabile con un fondo spesso (> 8 mm) e li ho sottoposti ad almeno 30 o 40 cicli termici di questo tipo.)

modifica re: argomento generale:

Wikipedia dice questo :

La robustezza di un materiale allo shock termico è caratterizzata dal parametro dello shock termico:

dove

• k è conducibilità termica,
• σT è la massima tensione a cui il materiale può resistere,
• α è il coefficiente di dilatazione termica
• E è il modulo del Giovane e
• ν è il rapporto di Poisson.

Una maggiore conduttività termica significa che è più difficile ottenere un grande gradiente termico attraverso il materiale (meno soggetto a shock); una maggiore espansione termica significa una maggiore tensione (più soggetta a shock) e un modulo di Young più elevato significa più stress per una determinata tensione (più incline a shock).

Quindi teoricamente potresti confrontare i diversi materiali. (esercizio per il lettore;) Molto probabilmente il rame sarebbe più resistente degli altri metalli, a causa della sua maggiore conduttività termica e maggiore duttilità.

Conducibilità termica k : rame = 401, leghe di alluminio = 120-180, acciaio inossidabile = 12-45 (unità = W / m * K)

σT: nessuna idea:

Coefficiente di dilatazione termica α : rame = 17, alluminio = 23, ferro = 11.1, acciaio inossidabile = 17.3 (unità = 10−6 / ° C)

Modulo di Young E : rame = 117, alluminio = 69, ferro / acciaio = circa 200 (unità = GPa)

Rapporto di Poisson ν : rame / acciaio inossidabile / alluminio sono circa 0,3-0,33, ghisa = 0,21-0,26

Quindi l'acciaio inossidabile è peggio dell'alluminio o del rame (conducibilità termica molto più bassa, modulo di Young più alto).

Non ho mai condotto test scientifici sulle pentole, ma per molti anni di esperienza l'ho osservato utilizzando stufe elettriche domestiche, forno e piani cottura a gas

Ghisa: una padella di buona qualità sembra indistruttibile, una bassa qualità con difetti si romperà casualmente, ma più spesso quando improvvisamente riscaldata o raffreddata. Quando acquisti una nuova padella in ghisa, procuragli alcuni shock termici estremi sulla tua stufa domestica prima di preoccuparti di condirla. Se si rompe, rispedirlo in garanzia. Ho una padella più vecchia di me che è stata ripetutamente sottoposta a shock termici, incluso il lancio in fuochi super caldi e non mostra alcun segno o danno. In effetti la sua superficie stagionata è migliore di alcune pentole in PTFE

Alluminio rivestito: (PTFE) L'alluminio si indebolisce rapidamente e si deforma con uno shock termico. Basta usare un calore troppo alto per deformare e anche il rivestimento si deteriora rapidamente. Dopo un po 'puoi usare la pressione della mano per "rimodellare" il fondo :-)

Acciaio inossidabile: la buona qualità sembra indistruttibile, questo passaggio può deformarsi leggermente ma tende a stabilizzarsi con un uso regolare. Le padelle utilizzate per la rimozione dei vetri sembrano col tempo affettarsi (meno appiccicose) (va bene). Ho un wok in acciaio inossidabile da 55 cm che ha avuto un uso regolare negli ultimi dieci anni e viene lavato ogni volta scaricando in acqua fredda e strofinando immediatamente dopo aver servito

Fondo a sandwich: non ho mai shockato termicamente questo tipo di padella intenzionalmente, non normalmente utilizzato per questo tipo di cottura. Utilizzato per calore uniforme e basso

Sarei sorpreso se una stufa domestica potesse arrivare a 400 ° C per non parlare di 500 ° C. La maggior parte dei forni non può superare i 260 ° C (500 ° F) e si trova in una scatola chiusa

Gli acciai sono generalmente induriti sopra i 500 ° C (930 ° F), tipicamente sopra i 700 ° C (1300 ° F). Questo li rende anche fragili. Il processo di tempra termina con il metallo caldo che viene rapidamente raffreddato con aria, olio o acqua. Per acciaio ad alta stabilità, le parti possono essere raffreddate a temperature inferiori a -75 ° C (-100 ° F)

Sono temperati da 230 ° C (445 ° F), tipicamente 270 ° C (520 ° F). La tempra rende il metallo resistente ma non fragile. Il processo di tempra termina con un raffreddamento graduale a temperatura ambiente

L'intervallo di 400 ° C (750 ° F) - 510 ° C (950 ° F) viene evitato per un certo periodo di tempo poiché ciò può causare infragilimento

Ho trattato una padella rivestita in ceramica bianca economica come quella (non sapendo se avrebbe preso quel trattamento e volendo scoprirlo), raffreddandola regolarmente sotto l'acqua corrente (prima applicata alla base) in modo da poterla pulire e riporre subito dopo lo svuotamento. Dopo 10-20 trattamenti di questo tipo, tutto ciò che si sarebbe attaccato all'acciaio inossidabile si sarebbe attaccato alla ceramica, quindi le proprietà antiaderenti sono andate rapidamente a finire. Nessuna scheggiatura visibile, ma è evidente che il rivestimento è facilmente macchiato di curcuma, caramello ecc ... in un modo che difficilmente potresti renderlo di nuovo bianco.

Sì rivestimento ceramico antiaderente danneggiato dallo shock termico. se il fondo è sandwich, ci sono più possibilità di perdere non solo antiaderente, ma anche ottenere micro-crack.

Nel caso del normale rivestimento in ptfe a base d'acqua non si osserva lo stesso.