Vad är det maximala säkra syrepartialtrycket (atm) i en kvävefilt ovanför en titan-doppvärmare som arbetar vid 300 grader i ett eutektiskt saltbad för att undvika accelererad alfa-tillväxt?
Lämna ett meddelande
Doppvärmare i titan skyddas från oxidation av en kvävefilt i ett eutektiskt saltbad vid 300 grader. Men om syre finns tillgängligt i kvävetäcket kan syre tränga in till titanytan och bilda ett syreberikat alfa-hölje. Detta spröda lager minskar utmattningslivslängden och duktiliteten. Tillväxthastigheten för alfa-fallet är parabolisk, djupet är proportionellt mot kvadratroten av tiden gånger syrets partialtryck. Detta är det högsta syrepartialtrycket som kan användas på ett säkert sätt för att undvika accelererad alfa-tillväxt (dvs mindre än 10 m alfa-fall efter 10 000 timmars drift). Över denna nivå ökar tillväxthastigheten för alfa-fall snabbt, vilket orsakar sprödhet och tidigt misslyckande.
Mechanism of Alpha-Case Bildning av syre vid 300 grader
Vid 300 grader diffunderar syre interstitiellt i titangittret och stabiliserar alfafasen. Alfa-höljesskiktet är hårdare, typiskt 300–500 HV jämfört med 180–220 HV för basmetallen och är i huvudsak icke-duktilt. Alfa-fallets tillväxt ges av ekvationen d^2=k_p * t, där d är djupet av alfa-fallet, k_p är den paraboliska hastighetskonstanten och t är varaktigheten. Hastighetskonstanten kp är proportionell mot syrets partialtryck till styrkan 0,5. Vid syrepartialtryck under ett kritiskt värde är tillväxthastigheten för alfa-fallet försumbar för praktiska livslängder. Över denna nivå är tillväxthastigheten hög och kan leda till att det tunnväggiga värmeröret blir spröda på månader.
Kvantitativ alfa-tillväxt kontra syrepartialtryck vid 300 grader
Kontrollerade tester med kväve-syrekombinationer vid 300 grader under 10 000 timmar har fastställt alfa-fallsdjup av tillväxter för Ti-Grad 2. Vid ett syrepartialtryck på 0,0001 atm (0,01 % syre) är alfa--fallet och påverkar därför inte bara signifikant och påverkar därför inte isignifikant. mekaniska egenskaper. Djupet är 5–10 µm vid 0,0005 atm (0,05 % syre), vilket är acceptabelt för de flesta applikationer med säkerhetsmarginal. Vid den kritiska tröskeln på 0,001 atm (0,1 % syre) är alfa-fallets djup 8-15 {mikro}m efter 10 000 timmar, vilket är den högsta tillåtna gränsen. Vid 0,002 atm (0,2 % syre) ökas djupet till 15–25 µm och en mätbar förlust av duktilitet observeras. Vid 0,005 atm (0,5 % syre) är djupet 25-40 µm och en betydande sprödhet observeras . 35–60 µm alfa-falldjup vid 0,01 atm (1 % syre) med sprickbildning vid termisk cykling. Vid 0,1 atm (10 % syre, typiskt för luft) är djupet mer än 100 µm efter 10 000 timmar med kraftig sprödhet.
Temperatur och exponeringstid Effekter på syretolerans
Det säkra partialtrycket av syre minskar brant med temperaturen. 8-15 µm alfa-fallsdjup efter 10 000 timmar vid 300 grader och 0,001 atm O2. Vid 350 grader och samma O2-tryck på 0,001 atm ökar djupet till 20–35 µm, vilket är över den tillåtna gränsen. Vid 300 C och 0,002 atm O 2 är djupet 15-25 um, återigen bortom gränsen. Syretoleranserna är högre vid lägre temperaturer, med ett 10 000 timmars djup på bara 5–10 µm vid 250 grader och 0,005 atm O2. Högre syrenivåer kan vara acceptabla för exponeringstider mindre än 10 000 timmar. Det maximala säkra syrepartialtrycket under en 1000 timmars exponering vid 300 grader stiger till 0,005 atm (0,5 % syre) med ett alfa-casedjup på 5–10 μm.
Kvävefiltar Oxygen Partial Pressure Control Guide
Följande tabell presenterar rekommendationer för maximalt tillåtna partialtryck av syre i kvävefiltar över titan-doppvärmare i eutektiska saltbad vid 300 grader som en funktion av den erforderliga livslängden och det tillåtna alfa-fallets djup.
Önskad livslängd (timmar) Maximalt tillåtet alfa-Höljedjup (µm) Maximalt säkert syrepartialtryck (atm) Ekvivalent syrekoncentration (%)Rekommenderad kväverenhet 5,000 10 0.002 0.2% 99,8% 10,000 10 0.001 0.1%}2}9% 909,59. 50,000 20 0.0002 0.02% 99,98% 100,000 25 0.0001 0.01% 99,99%
Konstruktion bortom partialtryck av syrekontroll
Graden av titan påverkar kinetiken för alfa-tillverkning. Grad 7 beter sig på liknande sätt som grad 2 i alfa-fallet för samma syrepartialtryck eftersom palladium inte signifikant förändrar syrediffusionen. Väggtjocklek ger ett materialtillägg. Till exempel har en 2,0 mm vägg med ett alfa-husdjup på 20 µm 1,98 mm duktil kärna vilket är acceptabelt, men en 1,0 mm vägg med samma alfa-fall har bara 0,98 mm duktil kärna som kan vara marginell. En kontinuerlig övervakning av kvävefilten bör upprätthållas med en syreanalysator inställd på att larma vid 0,05 % syre (0,0005 atm) för att ge en säkerhetsmarginal under 0,1 %-gränsen. Saltbadskemin kan också påverka alfa-tillväxten; kloridföroreningar i saltet ökar hastigheten för syretransport.
Informerad specifikation.
För en doppvärmare av titan vid 300 grader C i ett eutektiskt saltbad med kvävetäcke, ange ett maximalt partialtryck för syre på 0,001 atm (0,1 procent syre) för en livslängd på 10 000 timmar. Syreövervakning i kvävefilten bör vara kontinuerlig med larm vid 0,05 % syre och en förregling för att stänga av värmaren om syrehalten är större än 0,2 %. Ange kväve med minst 99,9 % renhet, daggpunkt under -60 grader för att säkerställa torrhet. Ange 99,95 % kväve (0,05 % O₂) för längre livslängd över 20 000 timmar eller installera ett oxygen-getter-system. Vid driftsättning är det viktigt att kontrollera syrenivån på värmarens yta, inte bara vid gasinloppet, eftersom luft kan komma in genom tätningar. För att förhindra accelererad tillväxt av alfa-höljet och försprödning av titanvärmare i högtemperatursaltbad, kontrollerar ingenjören syrets partialtryck till mindre än 0,001 atm.
