כיצד מתאם חלוקת גודל החלקיקים הבין-מתכתיים של Ti₂Fe בצינור מחמם טיטניום דרגה 2 עם צפיפות הבורות בתמיסת אלומיניום סולפט חמה ב-80 מעלות?

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 חלקיקים/מ"מ). החלקיקים הקטנים יותר < 2 מיקרומטר וצפיפות נמוכה יותר < 200 חלקיקים / מ"מ מראים רגישות נמוכה בהרבה לפירעון, כך שחיי המחמם ניתנים לחיזוי.

מנגנון של Ti2Fe-מושרה פיתול בסולפט אלומיניום

צפיפות הזרם הגלווני לחלקיק Ti2Fe בקצה החלקיק היא 10-100 μA/cm2, וזה מספיק כדי להמיס את מטריצת הטיטניום הסמוכה. אלומיניום סולפט חם ב-80 מעלות נותן סרט פסיבי יציב מעט. ברגע שמתחיל בור, הריכוז הגבוה של סולפט והטמפרטורה הגבוהה עוזרים להתרחבות הבור. לצפיפות הבור יש קשר של חוק כוח עם צפיפות החלקיקים: צפיפות הבור ≈ 0.1 (צפיפות החלקיקים) 0.7. לכן, חשוב לנהל את הפצת חלקיקי Ti$_2$Fe על ידי בחירת החומר והטיפול המתאימים בחום, כך שניתן יהיה לחזות ולמזער את הבור בשירות אלומיניום סולפט. חלקיקים גדולים יותר מביאים לזוגות גלווניים גדולים יותר ומאיצים את התחלת הבור.

מתאם כמותי של צפיפות בור וחלקיקים

בדיקה מטלוגרפית בקרה ובדיקת קורוזיה של 10% Al 2(SO 4) 3 ב-80 מעלות למשך 500 שעות גילתה את המתאמים הבאים עבור צינורות טיטניום דרגה 2. דגימות עם צפיפות חלקיקים 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.

השפעת תכולת ברזל וטיפול בחום על פיזור החלקיקים

התפלגות חלקיקי Ti2Fe נשלטת על ידי ריכוז הברזל והיסטוריית העיבוד התרמי. טיטניום דרגה 1, חישול תמיסה (700 מעלות, מרווה מים), עם 0.05-0.08% משקל ברזל, בעל צפיפות חלקיקים של פחות מ-50 חלקיקים/מ"ר וגודל חלקיקים של פחות מ-1 מיקרומטר. דרגה 2 עם 0.12% משקל ברזל במצב חישול- בטחנה (700 מעלות, קריר אוויר) מציגה צפיפות של 80-150 חלקיקים למ"מ וגודל של 1-2 מיקרומטר. דרגה 2 טיפוסית עם 0.20% משקל ברזל במצב חישול-במצב חישול יש צפיפות של 200-400 חלקיקים/מ"מ וגודל של 2-4 מ"מ. דרגת ברזל גבוהה 2 (0.25 wt%) במצב כפי שצויר מגיע לצפיפות של 400-700 חלקיקים/מ"ר וגודל של 3-6 מיקרומטר. חישול בטא (קירור איטי מלמעלה מ-900 מעלות) למרות צפיפות מופחתת יוצרים אתרי בור משמעותיים של חלקיקים גסים בגודל 5-10 מיקרון.

שירות אלומיניום סולפט חלוקת חלקיקים מתאימה

הטבלה הבאה מציגה את פרמטרי החלקיקים המרביים המותרים של Ti2Fe עבור צינורות טיטניום דרגה 2 ב-10% אלומיניום סולפט ב-80 מעלות עבור חיי השירות הרצויים ועומק הבור המרבי המקובל.

חיי שירות רצויים (שנים) עומק בור מקסימלי (מ"מ) צפיפות חלקיקים מקסימלית Ti2Fe (חלקיקים/מ"ר) גודל חלקיקים ממוצע מרבי (מיקרומטר) המלצה לטיפול בחום
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 טחנת חישול (700 מעלות צלזיוס, מקורר אוויר)
3 0.30 250–400 3–4 טחינה מחושלת + כבושה 2 0.50 400–600 4–5 כפי-משורטטת (לא מומלץ)<1 >0.50 >600 >5 לא מתאים להנדסה דרגה 2 מעבר לבקרת חלוקת חלקיקים

ניתן לבחור בדרגת טיטניום כדי לחסל לחלוטין חלקיקי Ti2Fe. מצב החישול של התמיסה עם תכולת ברזל של פחות מ-0.08% משקל עבור דרגה 1 מציג את צפיפות הגלעינים הנמוכה ביותר. דרגה 7 (מייצב פלדיום-) דומה לדרגה 2 בתכולת ברזל, אך ההתנהגות הגלוונית משתנה, ומפחיתה את צפיפות הגלעין ב-50-70% עבור אותו פיזור חלקיקים. בדרגה 12, קיימים מוליבדן וניקל המייצרים בין-מתכתיים מובהקים שהם פחות קתודיים מ-Ti 2 Fe. עובי הדופן מאפשר סובלנות לחדירת בור . 2.0 מ"מ עובי עם בור מתון (80 בורות/ס"מ^2, עומק 100 מיקרומטר) יכול להימשך 5-8 שנים, עובי של 1.2 מ"מ נכשל מוקדם יותר. גימור פני השטח משפיע על התחלת הבור. ליטוש אלקטרו מסיר שכבת פני השטח המועשרת בחלקיקי Ti2Fe, ומפחיתה את צפיפות החלקיקים האפקטיבית.

מפרט מושכל

עבור מחמם טיטניום דרגה 2 בתמיסת אלומיניום סולפט חמה ב-80 מעלות, ציין ריכוז ברזל מרבי של 0.15% משקל ומצב חישול-תמיסה (700 מעלות ± 10 מעלות, כיבוי מים). בדיקה מטאלוגרפית של מדגם טיפוסי בהגדלה של 500×. אישור שצפיפות החלקיקים של Ti₂Fe היא פחות מ-250 חלקיקים למילימטר רבוע ושאין חלקיקים בקוטר של יותר מ-5 מיקרון. עבור יישומים חיוניים שבהם לא ניתן להתיר פירוק, השתמש טיטניום דרגה 1 או טיטניום דרגה 7. בדיקה נכנסת. בדיקת פיטינג מהירה. טבלו קופון לדוגמה ב-10% Al2(SO4)3 ב-80 מעלות למשך 168 שעות ובדוק בהגדלה של 50×. דחיית מגרש אם צפיפות הבור עולה על 50 בורות לסנטימטר רבוע. המהנדס שולט בהתפלגות גודל החלקיקים של Ti 2 Fe כפרמטר איכות כדי להפחית את צפיפות הבור וכדי להבטיח אורך חיים חזוי של המחמם בשימוש בסולפט אלומיניום חם.