Регистрация Войти
Вопрос

Как термический шок влияет на сковороды из разных материалов?

В другом вопросе я немного поспорил с TFD о том, как резкое охлаждение влияет на сковороды. В двух словах: я сказал, что это вредно для сковороды, а он ответил, что, особенно если сковорода сделана из стали, для того чтобы резкое охлаждение имело последствия, она должна быть нагрета до 500 °C, а не до температуры приготовления карамели. Я думаю, что если это будет происходить часто, даже при низких температурах, то внутренняя структура сковороды станет менее однородной (из-за микротрещин или, возможно, различий в кристаллической структуре металла), что приведёт к образованию горячих точек.



Я бы хотел немного расширить вопрос. Думаю, мы все согласимся с тем, что резкие перепады температуры плохо сказываются на металлах (вспомните ковку). Я думаю, что и при меньших перепадах будут какие-то (но менее значительные) последствия, но после комментариев TFD я уже не уверен. Не мог бы кто-нибудь, кто лучше разбирается в металлах, объяснить, что происходит при различных сочетаниях следующих факторов:




  1. Способ охлаждения


    1. Погружение всей формы в холодную воду (например, если у вас горячий сахарный сироп и вы хотите немедленно прекратить нагревание).

    2. Налейте небольшое количество холодной жидкости в пустую горячую сковороду (как при деглазировании).


  2. Материал поддона


    1. Нержавеющая сталь

    2. Алюминий

    3. Многослойное дно

    4. С покрытием (например, эмалевым, из ПТФЭ, керамическим)

    5. Медь

    6. Железо


  3. Разница температур (температура нашей холодной воды во всех случаях находится в диапазоне от 5 °C (в холодильнике) до 15 °C (из-под крана))


    1. Температура стейка/конфеты (выберем диапазон от 160 °C до 200 °C из-за карамелизации и лейденфроста)

    2. Самая высокая температура на плите (потому что я хочу знать, что будет в крайнем случае. 400 °C или 500 °C подойдут, первое — потому что я уверен, что на моей плите была такая температура, второе — потому что так написано в TFD).




Давайте предположим, что речь идёт не об одном ударе, а о регулярных ударах (возможно, по два удара в неделю в течение всего срока службы сковороды). Каковы будут последствия? А также существует ли комбинация, которая может (но не всегда приводит) к немедленному растрескиванию чугунной сковороды?


Еда и напитки

Перевод вопроса с Cooking Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://cooking.stackexchange.com/questions/14044/how-does-thermal-shock-affect-pans-made-of-different-materials
1
+ Читать

12 Комментариев

  1. Да, из-за термического шока антипригарное керамическое покрытие было повреждено. Если дно многослойное, то вероятность не только потери антипригарных свойств, но и появления микротрещин возрастает.



    В случае с обычным покрытием из политетрафторэтилена на водной основе такого не наблюдается.


  1. Я обработала таким образом недорогую сковороду с белым керамическим покрытием (не зная, выдержит ли она такую обработку, и желая это выяснить), регулярно охлаждала её под проточной водой (сначала направляя струю на дно), чтобы можно было очистить и убрать её на хранение сразу после использования. После 10–20 таких обработок всё, что прилипало к нержавеющей стали, прилипало и к керамике, так что антипригарные свойства очень быстро исчезли. Видимых сколов не было, но покрытие заметно потемнело от куркумы, карамели и т. д. так, что его было сложно отмыть добела.

  1. Я никогда не проводил научных экспериментов с кастрюлями, но, исходя из своего многолетнего опыта, могу сказать, что это работает на бытовых электрических плитах, духовках и газовых конфорках



    Чугун: Сковорода хорошего качества кажется неразрушимой, а низкокачественная сковорода с дефектами может треснуть в любой момент, но чаще всего это происходит при резком нагреве или охлаждении. Если вы покупаете новую чугунную сковороду, подвергните её нескольким экстремальным температурным воздействиям на домашней плите, прежде чем приступать к её притирке. Если она треснет, отправьте её обратно по гарантии. У меня есть сковорода, которая старше меня, она неоднократно подвергалась температурным воздействиям, в том числе её бросали в очень горячие костры, но на ней нет никаких повреждений. На самом деле её притёртая поверхность лучше, чем у некоторых сковородок с тефлоновым покрытием



    Алюминий с покрытием: (ПТФЭ) Алюминий быстро теряет прочность и деформируется при тепловом ударе. Слишком высокая температура приводит к деформации, а покрытие быстро разрушается. Через некоторое время можно надавить на дно, чтобы «вернуть ему форму» :-)



    Нержавеющая сталь: изделия хорошего качества кажутся неразрушимыми, они могут слегка деформироваться, но при регулярном использовании возвращаются в исходное состояние. Сковороды, которые используются для деглазирования, со временем становятся более гладкими (менее липкими) (это хорошо). У меня есть вок из нержавеющей стали диаметром 55 см, которым я регулярно пользуюсь последние десять лет. Я каждый раз мою его, опуская в холодную воду и протирая сразу после использования



    Сэндвич-дно: я никогда намеренно не подвергал эту сковороду термическому шоку, так как обычно не использую её для такого типа приготовления. Используется для равномерного нагрева на низкой температуре



    Я бы удивился, если бы обычная плита могла нагреваться до 400 °C, не говоря уже о 500 °C. Большинство духовых шкафов не нагреваются выше 260 °C (500 °F), и это в закрытом пространстве



    Стали обычно закаляют при температуре выше 500 °C (930 °F), как правило, выше 700 °C (1300 °F). Это также делает их хрупкими. Процесс закалки завершается быстрым охлаждением горячего металла воздухом, маслом или водой. Для получения стали с высокой стабильностью детали могут охлаждаться до температуры ниже -75 °C (-100 °F)



    Они подвергаются закалке при температуре 230 °C (445 °F), обычно при 270 °C (520 °F). Закалка делает металл прочным, но не хрупким. Процесс закалки завершается постепенным охлаждением до комнатной температуры



    Не рекомендуется длительное воздействие температур от 400 °C (750 °F) до 510 °C (950 °F), так как это может привести к охрупчиванию
  1. возможно, трещины трудно заметить невооружённым глазом. или они не характерны для посуды с обычным дном. в основном трещины появляются на многослойном (алюминий + сталь) дне из-за термического шока. попробуйте налить в сковороду сгущённое молоко и поджечь его. если есть скрытые микротрещины... возможно, пятна от подгоревшего сгущённого молока будут видны невооружённым глазом.

  1. С покрытием (например, эмалевым, из ПТФЭ, керамическим)



    Я не могу ответить в целом, но с этим вопросом всё просто. Внезапный температурный шок вызывает деформацию материала из-за неравномерного расширения либо внутри одного материала из-за высоких температурных градиентов, либо на границах раздела между материалами с разными коэффициентами теплового расширения. Деформация в этом случае (при использовании двух разных материалов) может быть очень сильной. Если рассматриваемый материал не является эластичным (например, эмаль + керамика; я думаю, что с тефлоном дело обстоит иначе, но я не уверен), то связь между покрытием и металлом будет сильно натянута, что может привести к появлению трещин и сколов.


    По своему личному опыту могу сказать, что я действительно использовал это в своих интересах:


    Весной я готовлю небольшое количество кленового сиропа, выпаривая сок в кастрюле из нержавеющей стали без покрытия. В редких случаях, сопровождающихся обилием ругательств, я доводил сироп до слишком сильного кипения, из-за чего он подгорал и покрывал дно кастрюли тонким, но твёрдым и очень эластичным слоем сажи. Хитрость в том, чтобы создать своего рода микротрещину, например, с помощью стальной мочалки или медной пластины. Затем я ставлю сковороду на плиту, чтобы она нагрелась (но не докрасна), а потом переношу её в раковину и брызгаю холодной водой на внутреннюю поверхность дна сковороды, где прилипла сажа. После нескольких таких процедур сажа начнёт отслаиваться, и её будет легче удалить с помощью абразивной обработки и термического шока. (С двумя сковородами, на которых я это делал, всё было в порядке; обе из нержавеющей стали с толстым дном (более 8 мм), и я провёл на них не менее 30–40 тепловых циклов такого типа.)



    правка: общая тема


    В Википедии так написано:



    Устойчивость материала к тепловому удару характеризуется параметром теплового удара:


    R_T = k * сигма_T * (1-ню) / (альфа * E)


    где



    • k - теплопроводность,

    • σT — максимальное напряжение, которому может противостоять материал.

    • α — коэффициент теплового расширения

    • E — модуль Юнга, а

    • ν — коэффициент Пуассона.



    Чем выше теплопроводность, тем сложнее создать большой температурный градиент в материале (он менее подвержен ударам); чем выше коэффициент теплового расширения, тем больше деформация (он более подвержен ударам), а чем выше модуль Юнга, тем больше напряжение при заданной деформации (он более подвержен ударам).


    Таким образом, теоретически вы можете сравнить различные материалы. (упражнение для читателя ;) Скорее всего, медь будет более прочной, чем другие металлы, из-за её более высокой теплопроводности и пластичности.


    Теплопроводность k: медь = 401, алюминиевые сплавы = 120–180, нержавеющая сталь = 12–45 (единицы измерения = Вт/м*К)


    σT: понятия не имею:


    Коэффициент теплового расширения α: медь = 17, алюминий = 23, железо = 11,1, нержавеющая сталь = 17,3 (единицы измерения = 10−6/°C)


    Модуль Юнга E: медь = 117, алюминий = 69, железо/сталь = около 200 (единицы измерения = ГПа)


    Коэффициент Пуассона ν: для меди/нержавеющей стали/алюминия он составляет примерно 0,3–0,33, для чугуна — 0,21–0,26


    Таким образом, нержавеющая сталь хуже алюминия или меди (у неё гораздо ниже теплопроводность и выше модуль Юнга).
  1. Интересно. Я часто роняю свою сковороду с керамическим покрытием, но она не повреждается. Это одно из новых антипригарных покрытий, а не обычная эмаль.
  1. Будучи не учёным, а технарем, я возьму всё, что дёшево стоит, обещает быть революционным и долговечным, и брошу этому вызов :)
  1. Эти керамические сковороды действительно быстро приходят в негодность. Я понятия не имею, какой механизм за этим стоит. Теоретически возможно, что дело в охлаждении, а резкий нагрев сковороды для деглазирования ускоряет процесс. Но я не видел никаких подтверждений этой теории (или любой другой), так что это может быть и не связано с этим.
  1. Будучи учёным, вы, конечно же, пользовались такой же сковородой, но ухаживали за ней по-другому, и она всё равно осталась с антипригарным покрытием? Или вы просто повелись на маркетинговую уловку с антипригарным покрытием :-)
  1. @Aaronut, я добавил оба варианта. Я не буду утверждать, что «мы все знаем», потому что этот вопрос возник из-за того, что я думал, будто мы все знаем, что это вредно для всех сковородок (но в разной степени), а теперь я в этом сомневаюсь. Может быть, железо всё-таки выдержит разницу в 170 °C, я сам никогда не пробовал.
  1. Вам следует добавить медь в список материалов. Я бы ещё добавил чугун, но, думаю, мы все знаем, что с ним будет...
  1. Мне нравится этот вопрос. Есть ли в доме металлург?
Вы уже ответили на этот вопрос