Apakah Tekanan Separa Oksigen Selamat Maksimum (atm) dalam Selimut Nitrogen Di Atas Pemanas Rendaman Titanium Beroperasi pada 300 darjah dalam Mandian Garam Eutektik untuk Mengelakkan Pertumbuhan Kes Alpha-Dipercepatkan?

Pemanas rendaman titanium dilindungi daripada pengoksidaan oleh selimut nitrogen dalam mandi garam eutektik pada 300 darjah. Walau bagaimanapun, jika oksigen tersedia dalam selimut nitrogen, oksigen boleh meresap ke permukaan titanium dan membentuk lapisan kes alfa-yang diperkaya dengan oksigen. Lapisan rapuh ini mengurangkan hayat keletihan dan kemuluran. Kadar pertumbuhan kes alfa-adalah parabola, kedalaman adalah berkadar dengan punca kuasa dua masa dengan tekanan separa oksigen. Ini ialah tekanan separa oksigen tertinggi yang boleh digunakan dengan selamat untuk mengelakkan pertumbuhan kes alfa-dipercepatkan (iaitu, kes alfa.kurang daripada 10 m selepas 10,000 jam beroperasi) . Di atas tahap ini, kadar pertumbuhan kes alfa-meningkat dengan cepat menyebabkan kerosakan dan kegagalan awal.

Mekanisme Alfa-Pembentukan Kes oleh Oksigen pada 300 darjah

Pada 300 darjah oksigen meresap secara interstisial dalam kekisi titanium yang menstabilkan fasa alfa. Lapisan kes alfa-lebih keras, biasanya 300–500 HV berbanding 180–220 HV untuk logam asas dan pada dasarnya bukan-mulur. Pertumbuhan kes alfa-diberikan oleh persamaan d^2=k_p * t, dengan d ialah kedalaman alfa-kes, k_p ialah pemalar kadar parabola dan t ialah tempoh. Pemalar kadar kp adalah berkadar dengan tekanan separa oksigen kepada kuasa 0.5. Pada tekanan separa oksigen di bawah nilai kritikal, kadar pertumbuhan kes alfa-diabaikan untuk hayat perkhidmatan praktikal. Di atas paras ini kadar pertumbuhan adalah tinggi dan boleh menyebabkan kerosakkan tiub pemanas berdinding nipis dalam beberapa bulan.

Alfa Kuantitatif-Pertumbuhan Kes Berbanding Tekanan Separa Oksigen pada 300 darjah

Ujian terkawal dengan gabungan nitrogen-oksigen pada 300 darjah selama 10,000 jam telah menetapkan alfa-kedalaman pertumbuhan kes untuk Ti-Gred 2. Pada tekanan separa oksigen 0.0001 atm (0.01% oksigen) kes alfa-hanya dalam µmsignifikan dan kualiti tidak dalam mekanikal 2–5. Kedalaman ialah 5–10 µm pada 0.0005 atm (0.05% oksigen), yang boleh diterima untuk kebanyakan aplikasi dengan margin keselamatan. Pada ambang kritikal 0.001 atm (0.1% oksigen) alfa-dalaman kes ialah 8-15 {mikro}m selepas 10,000 jam, iaitu had maksimum yang dibenarkan. Pada 0.002 atm (0.2% oksigen) kedalaman meningkat kepada 15–25 µm dan kehilangan kemuluran yang boleh diukur diperhatikan. Pada 0.005 atm (0.5% oksigen) kedalaman ialah 25-40 µm dan kerosakkan yang ketara diperhatikan. 35–60 µm kedalaman alfa-case pada 0.01 atm (1% oksigen) dengan keretakan pada kitaran haba. Pada 0.1 atm (10% oksigen, tipikal udara) kedalaman lebih daripada 100 µm selepas 10,000 jam dengan kerapuhan yang teruk.

Kesan Suhu dan Masa Pendedahan pada Toleransi Oksigen

Tekanan separa selamat oksigen menurun dengan mendadak dengan suhu. 8-15 µm alfa-kedalaman kes selepas 10,000 jam pada 300 darjah dan 0.001 atm O2. Pada 350 darjah dan tekanan O2 yang sama iaitu 0.001 atm, kedalaman meningkat kepada 20–35 µm, iaitu melebihi had yang dibenarkan. Pada 300 C dan 0.002 atm O 2 kedalaman ialah 15-25 um , sekali lagi melebihi had. Toleransi oksigen lebih tinggi pada suhu yang lebih rendah, dengan kedalaman 10,000 h hanya 5–10 µm pada 250 darjah dan 0.005 atm O2. Tahap oksigen yang lebih tinggi mungkin boleh diterima untuk masa pendedahan kurang daripada 10,000 jam. Tekanan separa oksigen selamat maksimum semasa pendedahan 1000 jam pada 300 darjah meningkat kepada 0.005 atm (0.5% oksigen) dengan kedalaman alfa-kes 5–10 μm.

Panduan Kawalan Tekanan Separa Oksigen Selimut Nitrogen

Jadual berikut menunjukkan pengesyoran untuk tekanan separa maksimum oksigen yang dibenarkan dalam selimut nitrogen ke atas pemanas rendaman titanium dalam mandian garam eutektik pada 300 darjah sebagai fungsi hayat perkhidmatan yang diperlukan dan kedalaman alfa-yang dibenarkan.

Hayat Perkhidmatan yang Diingini (jam) Alfa Maksimum Yang Dibenarkan-Kedalaman Kes (µm) Tekanan Separa Oksigen Selamat Maksimum (atm) Kepekatan Oksigen Setara (%)Ketulenan Nitrogen Disyorkan 5,000 10 0.002 0.2% 99.8% 10,000 10 0.001 0.1{8} 9.9% 9.9% 50,000 20 0.0002 0.02% 99.98% 100,000 25 0.0001 0.01% 99.99%
Kejuruteraan Melangkaui Tekanan Separa Kawalan Oksigen

Gred titanium mempengaruhi kinetik alfa-pengeluaran kes. Gred 7 berkelakuan dengan cara yang serupa dengan gred 2 dalam kes alfa-untuk tekanan separa oksigen yang sama kerana paladium tidak mengubah resapan oksigen dengan ketara. Ketebalan dinding menawarkan elaun bahan. Contohnya, dinding 2.0 mm dengan alfa-dalaman 20 µm mempunyai 1.98 mm teras mulur yang boleh diterima, tetapi dinding 1.0 mm dengan alfa-yang sama mempunyai hanya 0.98 mm teras mulur yang mungkin sedikit. Pemantau berterusan selimut nitrogen hendaklah dikekalkan menggunakan penganalisis oksigen yang ditetapkan untuk penggera pada 0.05% oksigen (0.0005 atm) untuk memberikan margin keselamatan di bawah had 0.1%. Kimia mandi garam juga boleh menjejaskan{19}}pertumbuhan kes alfa; kekotoran klorida dalam garam meningkatkan kadar pengangkutan oksigen.

Spesifikasi Dimaklumkan.

Untuk pemanas rendaman titanium pada 300 darjah C dalam mandi garam eutektik dengan selimut nitrogen, nyatakan tekanan separa oksigen maksimum 0.001 atm (0.1 peratus oksigen) untuk hayat 10,000 jam. Pemantauan oksigen dalam selimut nitrogen hendaklah berterusan dengan penggera pada 0.05% oksigen dan interlock untuk memotong pemanas jika oksigen melebihi 0.2%. Tentukan nitrogen dengan ketulenan minimum 99.9%, takat embun di bawah -60 darjah untuk memastikan kekeringan. Tentukan 99.95% nitrogen (0.05%O₂) untuk hayat perkhidmatan yang lebih lama melebihi 20,000 jam atau pasang sistem pengambil oksigen. Semasa pentauliahan adalah penting untuk memeriksa paras oksigen pada permukaan pemanas, bukan sahaja di salur masuk bekalan gas, kerana udara boleh masuk melalui pengedap. Untuk mengelakkan pertumbuhan dipercepatkan sarung alfa dan kerosakkan pemanas titanium dalam perkhidmatan mandi garam suhu tinggi, jurutera mengawal tekanan separa oksigen kepada kurang daripada 0.001 atm.