Como o choque térmico afeta panelas feitas de diferentes materiais?

Em outra pergunta , tive uma pequena discussão-comentário com o TFD sobre o efeito do resfriamento de choque em panelas. Em poucas palavras, eu disse que isso é ruim para a panela, e ele disse que, especialmente se a panela é feita de aço, deveria estar a 500 ° C para que os choques tivessem conseqüências, não na temperatura de cozimento dos doces. Eu acho que se isso acontecer com frequência, mesmo em baixas temperaturas, a estrutura interna da panela será menos uniforme (por causa de microfissuras, ou talvez alguma diferença na estrutura cristalina do metal), levando a pontos quentes.

Eu gostaria de ampliar um pouco a questão. Acho que todos concordamos que grandes choques de temperatura têm consequências ruins para os metais (pense em forjamento). Penso que choques menores terão algumas (mas consequências menores), mas depois dos comentários do TFD não tenho certeza. Poderia agradar a alguém com melhor conhecimento sobre metais explicar o que acontece em diferentes combinações das seguintes combinações:

1. Método de refrigeração
   1. Imersão de toda a panela em água fria (por exemplo, tenho xarope de açúcar quente e quero interromper o aquecimento imediatamente).
   2. Despejar uma pequena quantidade de líquido frio na panela quente vazia (como no desglazing).
2. Material da panela
   1. Aço inoxidável
   2. Alumínio
   3. Fundo imprensado
   4. Revestido (por exemplo, esmalte, PTFE, cerâmica)
   5. Cobre
   6. Ferro
3. Diferença de temperatura (nossa água fria está em todos os casos na faixa de 5 ° C (geladeira) - 15 ° C (torneira))
   1. Temperatura de bife / doce (vamos escolher uma faixa de 160 ° C a 200 ° C por causa da caramelização e Leidenfrost)
   2. Temperatura mais alta do fogão (porque eu quero saber sobre o caso extremo. 400 ° C ou 500 ° deve fazer, o primeiro porque é o que eu tenho certeza que tive no meu fogão, o segundo porque a TFD o mencionou).

Vamos assumir não um único choque, mas choques regulares (talvez dois choques por semana durante a vida útil da panela). Quais serão os efeitos? E também, existe uma combinação que pode (mas nem sempre resulta) quebrar uma panela de ferro fundido imediatamente?

Revestido (por exemplo, esmalte, PTFE, cerâmica)

Eu não posso responder em geral, mas isso é fácil. Choques térmicos repentinos causam tensão em um material por expansão desigual, no mesmo material por altos gradientes térmicos ou em interfaces entre materiais com diferentes coeficientes de expansão térmica. A tensão neste caso (dois materiais diferentes) pode ser muito alta. Se o material em questão não for elástico (por exemplo, esmalte + cerâmica; eu acho que o PTFE é diferente, mas não tenho certeza), as ligações entre o revestimento e o metal ficarão muito tensas e provavelmente trincarão.

Posso dizer por experiência própria que realmente usei isso para minha vantagem:

Na primavera, produzo uma pequena quantidade de xarope de bordo fervendo a seiva em uma panela de aço inoxidável não revestida. Em raras ocasiões, acompanhada do lançamento de muitos palavrões, deixei o xarope ferver demais, quando queima e parece revestir o fundo da panela com uma fina, porém dura e muito resistente camada de negro de fumo. O truque para remover essas coisas é iniciar algum tipo de estresse, por exemplo, esfregando lã de aço ou uma almofada de cobre, e então o que faço é colocar a panela no fogão por um tempo para deixá-lo aquecer quente (mas não quente) e, em seguida, leve-o para a pia e pulverize água fria no fundo da panela interna, onde o negro de fumo ficou preso. Depois de algumas vezes, o negro de fumo começará a descamar e depois será mais fácil removê-lo com uma combinação de abrasão e choque térmico. (As duas panelas eu ' fiz isso tem sido bom; ambos são de aço inoxidável com um fundo grosso (> 8 mm), e eu os coloquei em pelo menos 30 ou 40 ciclos térmicos desse tipo.)

editar re: tópico geral:

A Wikipedia diz o seguinte :

A robustez de um material ao choque térmico é caracterizada pelo parâmetro de choque térmico:

Onde

• k é condutividade térmica,
• σT é a tensão máxima que o material pode resistir,
• α é o coeficiente de expansão térmica
• E é o módulo de Young e
• ν é a razão de Poisson.

Maior condutividade térmica significa que é mais difícil obter um grande gradiente térmico no material (menos propenso a choques); maior expansão térmica significa mais tensão (mais propensa a choques) e maior módulo de Young significa mais tensão para uma determinada tensão (mais propenso a choques).

Então, teoricamente, você poderia comparar os diferentes materiais. (exercício para o leitor;) O cobre provavelmente seria mais resistente que os outros metais, devido à sua maior condutividade térmica e maior ductilidade.

Condutividade térmica k : Cobre = 401, ligas de alumínio = 120-180, aço inoxidável = 12-45 (unidades = W / m * K)

σT: não faço ideia:

Coeficiente de expansão térmica α : Cobre = 17, Alumínio = 23, Ferro = 11,1, Aço inoxidável = 17,3 (unidades = 10−6 / ° C)

Módulo de Young E : Cobre = 117, Alumínio = 69, Ferro / Aço = cerca de 200 (unidades = GPa)

Relação de Poisson ν : cobre / aço inoxidável / alumínio estão em torno de 0,3-0,33, ferro fundido = 0,21-0,26

Portanto, o aço inoxidável é pior que o alumínio ou o cobre (condutividade térmica muito menor, módulo de Young mais alto).

Nunca conduzi testes científicos em panelas, mas com muitos anos de experiência observei isso usando fogão elétrico doméstico, forno e fogão a gás

Ferro fundido: uma panela de boa qualidade parece indestrutível, a baixa qualidade com falhas irá rachar aleatoriamente, mas com mais freqüência quando aquecida ou resfriada de repente. Ao comprar uma nova panela de ferro fundido, aplique alguns choques térmicos extremos no fogão doméstico antes de se preocupar em temperá-lo. Se quebrar, envie-o de volta na garantia. Eu tenho uma panela que é mais velha que eu, que sofreu choques térmicos repetidamente, incluindo lançada em incêndios super quentes, e não mostra sinais ou danos. De fato, sua superfície temperada é melhor do que algumas panelas de PTFE

Alumínio revestido: (PTFE) O alumínio rapidamente se torna mais fraco e deforma com o choque térmico. O uso de calor muito alto causará deformação e o revestimento também se deteriorará rapidamente. Depois de um tempo, você pode usar a pressão das mãos para 'remodelar' o fundo :-)

Aço inoxidável: a boa qualidade parece indestrutível; esse pasto pode entortar um pouco, mas tende a se recuperar com o uso regular. As panelas usadas para remover a vidraça parecem ficar mais escorregadias (menos grudentas) ao longo do tempo (isso é bom). Eu tenho um wok de aço inoxidável de 55 cm que tem sido usado regularmente nos últimos dez anos e é lavado toda vez jogando água fria e esfregando imediatamente após servir

Fundo imprensado: nunca choquei termicamente esse tipo de panela intencionalmente, normalmente não usado para esse tipo de cozimento. Usado para baixo calor uniforme

Eu ficaria surpreso se um fogão doméstico pudesse chegar a 400 ° C e muito menos a 500 ° C. A maioria dos fornos não pode ultrapassar 260 ° C (500 ° F) e isso está em uma caixa fechada

Os aços geralmente são temperados acima de 500 ° C (930 ° F), geralmente acima de 700 ° C (1300 ° F). Isso também os torna quebradiços. O processo de endurecimento termina com o metal quente sendo rapidamente resfriado com ar, óleo ou água. Para aço de alta estabilidade, as peças podem ser resfriadas abaixo de -75 ° C (-100 ° F)

Eles são temperados a partir de 230 ° C (445 ° F), normalmente 270 ° C (520 ° F). A têmpera torna o metal resistente, mas não quebradiço. O processo de revenimento termina com um arrefecimento gradual à temperatura ambiente

A faixa de 400 ° C (750 ° F) a 510 ° C (950 ° F) é evitada por qualquer período de tempo, pois isso pode causar comprometimento.

Tratei uma panela revestida de cerâmica branca barata como essa (sem saber se seria necessário esse tratamento e querendo descobrir), esfriava-a regularmente em água corrente (aplicada pela primeira vez na base) para que eu pudesse limpar e armazenar logo após o esvaziamento. Depois de 10 a 20 desses tratamentos, qualquer coisa que grudasse no aço inoxidável grudaria na cerâmica, portanto, as propriedades antiaderentes eram muito rápidas. Sem lascar visível, mas visivelmente o revestimento facilmente manchado de açafrão, caramelo etc ... de uma maneira que você dificilmente poderia ficar branco novamente.

Sim revestimento cerâmico antiaderente danificado por choque térmico. se o fundo for sanduíche, há mais chances de não apenas perder o antiaderente, mas também de ficar com micro rachaduras.

No caso de revestimento de ptfe à base de água normal, você não observará o mesmo.