Bagaimanakah Taburan Saiz Zarah Ti₂Fe Intermetallic dalam Tiub Pemanas Titanium Gred 2 Berkorelasi dengan Ketumpatan Lubang dalam Larutan Aluminium Sulfat Panas pada 80 darjah ?

In the Grade 2 titanium, iron is present as an impurity up to 0.20–0.30 wt% and forms intermetallic Ti2Fe particles. These particles are cathodic against the surrounding alpha-titanium matrix. In hot aluminum sulfate (Al2(SO4)3) solution at 80°C-commonly used in water treatment and paper manufacturing-the cathodic Ti2Fe particles form galvanic cells. These galvanic cells initiate pitting at the particle-matrix interface. The size distribution of these particles (number per unit area, average and maximum diameter) is closely correlated to the pitting density. greater pit densities are achieved by larger particles (>5 µm) and greater particle densities (>500 zarah/mm²). Zarah yang lebih kecil < 2 µm dan ketumpatan yang lebih rendah < 200 zarah / mm2 menunjukkan kerentanan pitting yang jauh lebih rendah supaya hayat pemanas boleh diramalkan.

Mekanisme Pitting Terinduksi Ti2Fe-dalam Aluminium Sulfat

Ketumpatan arus galvanik kepada zarah Ti2Fe di pinggir zarah ialah 10-100 μA/cm2 , yang cukup untuk melarutkan matriks titanium bersebelahan. Aluminium sulfat panas pada 80 darjah memberikan filem pasif yang sedikit stabil. Sebaik sahaja lubang dimulakan, kepekatan sulfat yang tinggi dan suhu tinggi membantu pengembangan lubang. Ketumpatan lubang mempunyai hubungan hukum kuasa dengan ketumpatan zarah: ketumpatan lubang ≈ 0.1 (ketumpatan zarah)0.7. Oleh itu, adalah penting untuk menguruskan pengedaran zarah Ti$_2$Fe dengan memilih bahan dan rawatan haba yang sesuai supaya pitting boleh diramal dan diminimumkan dalam perkhidmatan aluminium sulfat. zarah yang lebih besar menghasilkan pasangan galvanik yang lebih besar dan mempercepatkan pit start.

Korelasi Kuantitatif Ketumpatan Pitting dan Zarah

Penyiasatan metalografi kawalan dan ujian kakisan 10% Al 2(SO 4 ) 3 pada 80 darjah selama 500 jam telah mendedahkan korelasi berikut untuk tiub titanium Gred 2. Sampel dengan ketumpatan zarah Ti 2 Fe<100 particles per mm 2 and average particle size <2 µm show pitting densities of 5-20 pits per cm 2 with maximum pit depths of 20-50 µm. This is a good performance for 5 years or longer with 1.5 mm wall thickness. Particle density of 100 to 300 particles/mm2 and average size of 2 to 4 μm produces pitting density of 30 to 80 pits/cm2 and pit depths of 50 to 120 μm, which is marginal for 2 to 3 years of service. 300–600 particles per square millimeter with a size of 3–5 µm result in a pitting density of 100–250 pits per square centimeter and depths of 100–200 µm, which are considered a high pitting risk. But any density above 600 particles per square millimeter with particle sizes larger than 5 µm leads to a pitting density bigger than 300 pits per square centimeter and depths bigger than 200 µm, which is not acceptable for any long term service.

Kesan Kandungan Besi dan Rawatan Haba terhadap Taburan Zarah

Pengagihan zarah Ti2Fe dikawal oleh kepekatan besi dan sejarah pemprosesan haba. Titanium gred 1, larutan disepuhlindap (700 darjah , pelindapkejutan air), dengan 0.05–0.08 wt% besi, mempunyai ketumpatan zarah kurang daripada 50 zarah/mm2 dan saiz zarah kurang daripada 1 µm. Gred 2 dengan besi 0.12 wt% dalam kilang-keadaan anil (700 darjah , udara sejuk) mempamerkan ketumpatan 80–150 zarah per mm2 dan saiz 1–2 µm. Gred 2 biasa dengan besi 0.20% berat dalam kilang-keadaan anil mempunyai ketumpatan 200-400 zarah/mm2 dan saiz 2-4 mm. Besi tinggi Gred 2 (0.25 wt%) dalam keadaan seperti yang ditarik mencapai ketumpatan 400–700 zarah/mm2 dan saiz 3–6 μm. Penyepuhlindapan beta (penyejukan perlahan dari atas 900 darjah ) walaupun ketumpatan berkurangan mewujudkan tapak pitting yang ketara bagi zarah kasar 5-10 µm.

Pengedaran Zarah Sesuai Perkhidmatan Aluminium Sulfat

Jadual berikut menunjukkan parameter zarah maksimum Ti2Fe yang dibenarkan untuk tiub titanium Gred 2 dalam 10% aluminium sulfat pada 80 darjah untuk hayat perkhidmatan yang diingini dan kedalaman lubang maksimum yang boleh diterima.

Hayat Perkhidmatan yang Diingini (tahun) Kedalaman Lubang Maks (mm) Ketumpatan Zarah Ti2Fe Maks (zarah/mm2) Saiz Zarah Purata Maks (µm) Pengesyoran rawatan haba
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Kilang anil (700 darjah C, disejukkan udara)
3 0.30 250–400 3–4 Kilang anil + jeruk 2 0.50 400–600 4–5 Seperti-yang dilukis (tidak disyorkan)<1 >0.50 >600 >5 Tidak sesuai untuk Kejuruteraan Gred 2 Melampaui Kawalan Pengagihan Zarah

Gred titanium boleh dipilih untuk menghapuskan zarah Ti2Fe sepenuhnya. Keadaan penyepuhlindapan-penyelesaian dengan kandungan besi kurang daripada 0.08 wt% untuk Gred 1 mempamerkan ketumpatan pitting terendah. Gred 7 (palladium-stabil) adalah setanding dengan Gred 2 dalam kandungan besi, tetapi tingkah laku galvanik diubah, mengurangkan ketumpatan pitting sebanyak 50–70% untuk serakan zarah yang sama. Dalam gred 12, molibdenum dan nikel hadir yang menghasilkan antara logam berbeza yang kurang katodik daripada Ti 2 Fe. Ketebalan dinding membolehkan toleransi penembusan pit. 2.0 mm ketebalan dengan pitting sederhana (80 pit/cm^2, 100 µm dalam) boleh bertahan 5–8 tahun, ketebalan 1.2 mm gagal lebih awal. Kemasan permukaan menjejaskan permulaan lubang. Electropolishing menghilangkan lapisan permukaan yang diperkaya dalam zarah Ti2Fe, mengurangkan ketumpatan zarah yang berkesan.

Spesifikasi Termaklum

Untuk pemanas titanium Gred 2 dalam larutan aluminium sulfat panas pada 80 darjah , nyatakan kepekatan besi maksimum 0.15 wt% dan larutan-keadaan anil (700 darjah ± 10 darjah , pelindapkejutan air). Pemeriksaan metalografi bagi sampel biasa pada pembesaran 500×. Pensijilan bahawa ketumpatan zarah Ti₂Fe adalah kurang daripada 250 zarah setiap milimeter persegi dan tiada zarah yang lebih besar daripada diameter 5 mikron. Untuk aplikasi penting di mana pitting tidak dibenarkan, gunakan titanium Gred 1 atau titanium Gred 7. Pemeriksaan Masuk. Ujian Rapid Pitting. Tenggelamkan kupon sampel dalam 10% Al2(SO4)3 pada 80 darjah selama 168 jam dan periksa di bawah pembesaran 50x. Tolak lot jika ketumpatan lubang melebihi 50 lubang setiap sentimeter persegi. Jurutera mengawal taburan saiz zarah Ti 2 Fe sebagai parameter kualiti untuk mengurangkan ketumpatan pitting dan untuk memastikan jangka hayat pemanas dalam penggunaan aluminium sulfat panas.