Care este presiunea parțială maximă sigură a oxigenului (atm) într-o pătură cu azot deasupra unui încălzitor cu imersie din titan care funcționează la 300 de grade într-o baie de sare eutectică pentru a evita creșterea accelerată a carcasei alfa-?
Lăsaţi un mesaj
Încălzitoarele cu imersie din titan sunt protejate de oxidare printr-o pătură de azot într-o baie de sare eutectică la 300 de grade. Cu toate acestea, dacă oxigenul este disponibil în pătura de azot, oxigenul poate pătrunde pe suprafața de titan și poate forma un strat alfa-imbogățit cu oxigen. Acest strat fragil scade durata de oboseală și ductilitatea. Rata de creștere a cazului alfa-este parabolic, adâncimea fiind proporțională cu rădăcina pătrată a timpului înmulțit cu presiunea parțială a oxigenului. Aceasta este cea mai mare presiune parțială a oxigenului care poate fi utilizată în siguranță pentru a evita creșterea accelerată a-cazului alfa (adică, mai puțin de 10 m de caz alfa-după 10.000 de ore de funcționare) . Peste acest nivel, rata de creștere a-cazului alfa crește rapid, provocând fragilizare și defecțiune timpurie.
Mecanismul formării alfa-cazului de către oxigen la 300 de grade
La 300 de grade oxigenul difuzează interstițial în rețeaua de titan stabilizând faza alfa. Stratul alfa-cazului este mai dur, de obicei 300–500 HV comparativ cu 180–220 HV pentru metalul de bază și este în esență ne-ductil. Creșterea cazului alfa-este dată de ecuația d^{2=k_p * t, unde d este adâncimea-cazului alfa, k_p este constanta vitezei parabolice și t este durata. Constanta de viteză kp este proporțională cu presiunea parțială a oxigenului cu puterea de 0,5. La presiuni parțiale ale oxigenului sub o valoare critică, rata de creștere a cazului alfa-este neglijabilă pentru duratele de viață practice. Peste acest nivel, rata de creștere este ridicată și poate duce la fragilizarea tubului de încălzire cu pereți subțiri în câteva luni.
Creștere cantitativă alfa-cazului față de presiunea parțială a oxigenului la 300 de grade
Testele controlate cu combinații de azot-oxigen la 300 de grade timp de 10.000 de ore au stabilit adâncimea de creștere a cazului alfa{-pentru Ti{-Gradul 2. La o presiune parțială a oxigenului de 0,0001 atm (0,01% oxigen), cazul alfa{-nu este deci insignifiat și, prin urmare, nu este insignifiant și, prin urmare, nu are o influență nesemnificativă. calitati mecanice. Adâncimea este de 5–10 µm la 0,0005 atm (0,05% oxigen), ceea ce este acceptabil pentru majoritatea aplicațiilor cu marjă de siguranță. La pragul critic de 0,001 atm (0,1% oxigen), adâncimea carcasei alfa-alfa este de 8-15 {micro}m după 10.000 de ore, care este limita maximă permisă. La 0,002 atm (0,2% oxigen) adâncimea este crescută la 15–25 µm și se observă o pierdere măsurabilă a ductilității. La 0,005 atm (0,5% oxigen) adâncimea este de 25-40 µm și se observă o fragilizare considerabilă. 35–60 µm adâncimea cazului alfa la 0,01 atm (1% oxigen) cu fisurare la ciclul termic. La 0,1 atm (10% oxigen, tipic aerului) adâncimea este mai mare de 100 µm după 10.000 de ore cu fragilizare severă.
Efectele temperaturii și timpului de expunere asupra toleranței la oxigen
Presiunea parțială sigură a oxigenului scade abrupt odată cu temperatura{0}} µm alfa-adâncimea carcasei după 10.000 de ore la 300 de grade și 0,001 atm O2. La 350 de grade și aceeași presiune a O2 de 0,001 atm, adâncimea crește la 20-35 µm, ceea ce este peste limita permisă. La 300 C și 0,002 atm O 2 adâncimea este de 15-25 um , din nou dincolo de limită. Toleranța la oxigen este mai mare la temperaturi mai scăzute, cu o adâncime de 10.000 de ore de doar 5-10 µm la 250 de grade și 0,005 atm O2. Niveluri mai mari de oxigen pot fi acceptabile pentru timpi de expunere mai mici de 10.000 de ore. Presiunea parțială maximă sigură a oxigenului în timpul unei expuneri de 1000 de ore la 300 de grade crește la 0,005 atm (0,5% oxigen) cu o adâncime a cazului alfa de 5-10 μm.
Pături cu azot Ghid de control al presiunii parțiale de oxigen
Următorul tabel prezintă recomandări pentru presiunile parțiale maxime admise ale oxigenului în păturile de azot peste încălzitoarele cu imersie din titan în băi de sare eutectică la 300 de grade, în funcție de durata de viață necesară și de adâncimea admisibilă a carcasei alfa-.
Durata de viață dorită (ore) Alfa-Adâncimea carcasei maximă permisă (µm) Presiune parțială maximă sigură a oxigenului (atm) Concentrația echivalentă de oxigen (%) Puritate recomandată de azot 5,000 10 0.002 0.2% 99,8% 10,000 10 0.001 0.1% 99,9%,{9}% 99,9%. 50,000 20 0.0002 0.02% 99,98% 100,000 25 0.0001 0.01% 99,99%
Inginerie dincolo de presiunea parțială a controlului oxigenului
Calitatea titanului influențează cinetica producției de carcase alfa-. Gradul 7 se comportă într-un mod similar cu gradul 2 în cazul alfa-pentru aceeași presiune parțială a oxigenului, deoarece paladiul nu modifică semnificativ difuzia oxigenului. Grosimea peretelui oferă o toleranță de material. De exemplu, un perete de 2,0 mm cu o adâncime a carcasei alfa-de 20 µm are 1,98 mm de miez ductil, ceea ce este acceptabil, dar un perete de 1,0 mm cu aceeași carcasă alfa-are doar 0,98 mm de miez ductil, care poate fi marginal. Un monitor continuu al păturii de azot trebuie menținut folosind un analizor de oxigen setat la alarmă la 0,05% oxigen (0,0005 atm) pentru a oferi o marjă de siguranță sub limita de 0,1%. Chimia băii de sare poate afecta și creșterea-cazului alfa; impuritățile de clor din sare cresc viteza de transport a oxigenului.
Specificație informată.
Pentru un încălzitor de imersie cu titan la 300 de grade C într-o baie de sare eutectică cu pătură de azot, specificați o presiune parțială maximă a oxigenului de 0,001 atm (0,1 procente de oxigen) pentru o durată de viață de 10.000 de ore. Monitorizarea oxigenului în pătura de azot ar trebui să fie continuă, cu o alarmă la 0,05% oxigen și o interblocare pentru a opri încălzitorul dacă oxigenul este mai mare de 0,2%. Specificați azot cu o puritate minimă de 99,9%, punctul de rouă sub -60 de grade pentru a asigura uscăciunea. Specificați 99,95% azot (0,05%O₂) pentru o durată de viață mai lungă peste 20.000 de ore sau instalați un sistem de colectare a oxigenului. În timpul punerii în funcțiune este important să se verifice nivelul de oxigen pe suprafața încălzitorului, nu numai la intrarea de alimentare cu gaz, deoarece aerul poate pătrunde prin garnituri. Pentru a preveni creșterea accelerată a carcasei alfa și fragilizarea încălzitoarelor cu titan în serviciul de baie cu sare de temperatură înaltă, inginerul controlează presiunea parțială a oxigenului la mai puțin de 0,001 atm.
