Hızlandırılmış Alfa-Vaka Büyümesini Önlemek İçin Ötektik Tuz Banyosunda 300 Derecede Çalışan Titanyum Daldırma Isıtıcının Üzerindeki Azot Battaniyesindeki Maksimum Güvenli Oksijen Kısmi Basıncı (atm) Nedir?

Ötektik tuz banyosu 300 derecede çalıştırılır ve bir nitrojen örtüsü, titanyum daldırma ısıtıcılarını oksidasyondan korur. Ancak oksijen nitrojen örtüsünden titanyum yüzeyine sızabilir ve oksijen-zengin bir alfa-kılıf tabakası oluşturabilir. İnce tabaka kırılgandır ve hem yorulma ömrünü hem de sünekliği azaltır. Alfa-durumunun büyüme hızı parabolik bir yasadır; derinlik, oksijen kısmi basıncı çarpı zamanın kareköküyle orantılıdır. 10.000 saatlik çalışmadan sonra alfa-vakanın 10 µm'den az olması olarak tanımlanan, hızlandırılmış alfa-vaka büyümesini önlemek için en yüksek güvenli oksijen kısmi basıncı 0,001 atm'dir (hacimce %0,1 oksijen). Bu seviyenin üzerinde alfa-durumunun büyümesi büyük ölçüde hızlanır ve bu da kırılganlaşmaya ve erken bozulmaya neden olur.

300 Derecede Oksijen-İndüklenen Alfa-Oluşumunun Mekanizması

Böylece 300 derecede oksijen titanyum kafesin içine aralıklı olarak girer ve alfa fazını stabilize eder. Alfa-kutu katmanı serttir, genellikle ana metal için 300-500 HV'ye karşılık. 180-220 HV'dir ve esas olarak-sünek değildir. Alfa-durumu büyümesi d²=k_p × t denklemini takip eder; burada d, alfa-durumunun derinliğidir, k_p parabolik hız sabitidir ve t ise periyottur. Hız sabiti kp, oksijenin kısmi basıncının kareköküyle orantılıdır. Pratik servis süreleri için alfa durumu geliştirme oranı, belirli bir oksijen kısmi basıncının altında önemsizdir. Büyüme hızı bu eşiğin üzerindeyse bu önemli olabilir ve birkaç ay içinde ince duvarlı ısıtma tüpünün gevrekleşmesine neden olabilir.

300 Derecede Kantitatif Alfa-Vaka Büyümesinin Oksijen Kısmi Basıncına Bağımlılığı

2. Sınıf titanyum için alfa-kutu oluşumunun derinliği, nitrojen-oksijen kombinasyonlarında 300 derecede 10.000 saat boyunca yapılan kontrollü testler yoluyla belirlenmiştir. 0,0001 atm (%0,01 oksijen) oksijen kısmi basıncında, alfa-kutunun derinliği 2–5 µm'dir ve minimum düzeydedir ve mekanik özellikler üzerinde hiçbir etkisi yoktur. 0,0005 atm'de (%0,05 oksijen) derinlik 5–10 µm'dir ve güvenlik marjıyla çoğu uygulama için kabul edilebilirdir. Kritik eşik 0,001 atm'dir (%0,1 oksijen), burada alfa-vaka derinliği 10.000 saat sonra 8-15 m'dir; bu, izin verilen maksimum sınırdır. 0,002 atm'de (%0,2 oksijen) derinlik 15-25 µm'ye çıkar ve süneklikte ölçülebilir bir düşüş gözlemlenir. 0,005 atm'de (%0,5 oksijen) derinlik 25-40 mm'dir ve önemli ölçüde kırılganlık görülür. 0,01 atm'de (%1 oksijen) alfa durum derinliği 35-60 µm'dir, bu da termal döngü sırasında çatlamaya yol açar. Tipik olarak 0,1 atm (%10 oksijen) havasında derinlik 10.000 saat sonra 100 µm'den fazladır ve önemli ölçüde kırılganlaşmaya neden olur.

Sıcaklığın ve Maruz Kalma Süresinin Oksijen Toleransı Üzerindeki Etkisi

Oksijenin güvenli kısmi basıncı artan sıcaklıkla önemli ölçüde düşer. 300 derecede ve 0,001 atm O₂'de 10.000 saatin ardından alfa-kutu derinliği 8-15 µm olur. Aynı 0,001 atm O2 ile 350 derecede derinlik 20-35 µm'ye çıkar, bu da izin verilen sınırın üzerindedir. Derinlik: 300 derecede 15-25 mm ve 0,002 atm O2, yine limitin üzerinde. 250 derecede ve 0,005 atm O2'de 10.000 saat sonra derinlik sadece 5-10 µm'dir; bu da daha düşük sıcaklığın daha yüksek oksijen toleransına izin verdiğini gösterir. 10.000 saatten kısa maruz kalma süreleri için, 10.000 saatten yüksek oksijen seviyeleri tolere edilebilir. 300°C'de 1000 saatlik bir maruz kalma için, kabul edilebilir maksimum oksijen kısmi basıncı, 5-10 μm alfa durum derinliği ile 0,005 atm'ye (%0,5 oksijen) tırmanır.

Azot Battaniyeleri için Oksijen Kısmi Basıncını Kontrol Etme Kılavuzu

Aşağıdaki tabloda, istenen hizmet ömrünün ve izin verilen alfa-kutu derinliğinin bir fonksiyonu olarak 300°C'de ötektik tuz banyolarında titanyum daldırma ısıtıcıları üzerindeki nitrojen battaniyelerindeki izin verilen maksimum oksijen kısmi basıncına ilişkin öneriler verilmektedir.

İstenen Hizmet Ömrü (saat) İzin Verilen Maksimum Alfa-Kutu Derinliği (μm) Maksimum Güvenli Oksijen Kısmi Basıncı (atm) Eşdeğer Oksijen Konsantrasyonu (%)Nitrojen Saflığı Önerilen 5,000 10 0.002 0.2%99,8%10,000 10 0.001 0.1%99,9%20,000 15 0.0005 0.05%99,95%50,000 20 0.0002 0.02% %99,98 100,000 25 0.0001 0.01%99,99
Oksijen Kontrolünün Kısmi Basıncının Ötesinde Mühendislik

Titanyum kalitesi alfa-kutu oluşumunun kinetiğini etkiler. 7. Derece için alfa-durumu, paladyumun oksijen difüzyonu üzerindeki etkisinin az olması nedeniyle aynı oksijen kısmi basıncında Derece 2'ye benzer. Duvar kalınlığı, 20 µm alfa-kutu derinliğine sahip 2,0 mm'lik bir duvarın 1,98 mm sünek çekirdeğe sahip olması için bir malzeme payı sunar; bu kabul edilebilir bir durumdur, ancak aynı alfa-kutuya sahip 1,0 mm'lik bir duvar yalnızca 0,98 mm sünek çekirdeğe sahiptir ve bu marjinal olabilir. Azot battaniyesi, %0,1 sınırının altında bir güvenlik tamponu sunmak için %0,05 oksijene (0,0005 atm) ayarlanmış bir alarma sahip bir oksijen analizörü kullanılarak sürekli olarak izlenmelidir. Alfa-vaka büyümesi tuz banyosu kimyasından da etkilenebilir. Tuzdaki klorür safsızlıkları oksijenin difüzyonunu hızlandırır.

Bilgilendirilmiş Karar Şartnamesi

10.000-saat hizmet ömrü, titanyum daldırma ısıtıcı, 300 derece, ötektik tuz banyosu, nitrojen örtüsü, 0,001 atm'lik maksimum oksijen kısmi basıncını belirtin (%0,1 oksijen). Nitrojen battaniyesinde %0,05 oksijen alarmıyla sürekli oksijen izleme ve oksijen %0,2'yi aştığında ısıtıcıyı kapatmak için kilitleme. Kuruluk için -60 derecenin altında çiğ noktasıyla birlikte nitrojen saflığını minimum %99,9 olarak belirtin. 20.000 saatin üzerindeki servis ömrü için %99,95 nitrojen (%0,05 O2) belirtin veya oksijen alma sistemi kurun. Devreye alırken, contalardan hava sızabileceğinden, yalnızca gaz kaynağı girişinde değil, ısıtıcı yüzeyindeki oksijen seviyesini kontrol edin. Yüksek sıcaklıkta tuz banyosu servisinde artan alfa durumu oluşumunu ve titanyum ısıtıcıların gevrekleşmesini önlemek için oksijen kısmi basıncı 0,001 atm'den daha düşük bir değerde kontrol edilir.