Kui suur on maksimaalne ohutu hapniku osarõhk (atm) lämmastikkattes titaanküttekeha kohal, mis töötab 300 kraadi nurga all eutektilises soolavannis, et vältida alfa{1}}juhu kiirenenud kasvu?

Titaanist sukelsoojendid on 300 kraadises eutektilises soolavannis kaitstud oksüdeerumise eest lämmastikukattega. Kui aga hapnik on lämmastikukattes saadaval, võib hapnik imbuda titaani pinnale ja moodustada hapnikuga rikastatud alfa{2}-kattekihi. See rabe kiht vähendab väsimist ja elastsust. Alfa-juhtumi kasvukiirus on paraboolne, sügavus on võrdeline aja ruutjuurega ja hapniku osarõhuga. See on kõrgeim hapniku osarõhk, mida saab ohutult kasutada, et vältida alfa{7}juhu kiirenenud kasvu (st vähem kui 10 m alfa{11}}juhtumit pärast 10 000 töötundi). Sellest tasemest kõrgemal suureneb alfa{15}}juhtumite kasvukiirus kiiresti, põhjustades haprust ja varajast ebaõnnestumist.

Alfa{0}}korpuse moodustumise mehhanism hapniku toimel 300 kraadi juures

300 kraadi juures difundeerub hapnik interstitsiaalselt titaanvõres, stabiliseerides alfafaasi. Alfa-korpuse kiht on kõvem, tavaliselt 300–500 HV, võrreldes mitteväärismetalli puhul 180–220 HV, ja see on põhimõtteliselt mitteplastiline. Alfa-juhtumi kasv saadakse võrrandiga d^2=k_p * t, kus d on alfa-juhtumi sügavus, k_p on paraboolse kiiruse konstant ja t on kestus. Kiiruskonstant kp on võrdeline hapniku osarõhuga astmeni 0,5. Kui hapniku osarõhk on alla kriitilise väärtuse, on alfa{16}}juhtumi kasvukiirus praktilise kasutusea jaoks tühine. Sellest tasemest kõrgemal on kasvutempo kõrge ja see võib õhukese seinaga küttetoru rabedaks muutuda kuude jooksul.

Kvantitatiivne alfa{0}}juhtumi kasv versus hapniku osarõhk 300 kraadi juures

Kontrollitud katsed lämmastiku-hapniku kombinatsioonidega 300 kraadi juures 10 000 tunni jooksul on tuvastanud Ti- 2. astme kasvu alfa-juhtumi sügavuse. Hapniku osarõhul 0,0001 atm (0,01% hapnikku) mõjutab alfa{9}juhtum mehaanilist sügavust ja seetõttu ei ole 5 µm ainult oluline. omadused. Sügavus on 5–10 µm rõhul 0,0005 atm (0,05% hapnikku), mis on enamiku ohutusvaruga rakenduste jaoks vastuvõetav. Kriitilise läve 0,001 atm (0,1% hapnikku) juures on alfa{20}}korpuse sügavus 8-15 {micro}m pärast 10 000 tundi, mis on maksimaalne lubatud piir. 0,002 atm (0,2% hapnikku) juures suurendatakse sügavust 15–25 µm-ni ja täheldatakse mõõdetavat plastilisuse kadu. 0,005 atm (0,5% hapnikku) juures on sügavus 25–40 µm ja 0,01 atm (1% hapnikku) juures täheldatakse märkimisväärset murenemist . 35–60 µm alfa-korpuse sügavusel (1% hapnikku) koos pragunemisega termilisel tsüklil. Rõhul 0,1 atm (õhule 10% hapnikku) on sügavus pärast 10 000 tunni möödumist tugeva rabedusega üle 100 µm.

Temperatuur ja kokkupuuteaeg Mõju hapnikutaluvusele

Hapniku ohutu osarõhk väheneb järsult temperatuuri. 8-15 µm alfa-kasva sügavusega pärast 10 000 tundi temperatuuril 300 kraadi ja 0,001 atm O2. 350 kraadi ja samal O2 rõhul 0,001 atm suureneb sügavus 20–35 µm-ni, mis on üle lubatud piiri. Temperatuuril 300 C ja rõhul 0,002 atm O 2 on sügavus 15-25 um, jällegi üle piiri. Hapniku taluvus on kõrgem madalamatel temperatuuridel, 10 000 tunni sügavusel vaid 5–10 µm temperatuuril 250 kraadi ja 0,005 atm O2. Kõrgemad hapnikutasemed võivad olla vastuvõetavad kokkupuuteaegadel, mis on lühemad kui 10 000 tundi. Maksimaalne ohutu hapniku osarõhk 1000-tunnise kokkupuute ajal 300 kraadi juures tõuseb 0,005 atm-ni (0,5% hapnikku) alfa-korpuse sügavusega 5–10 μm.

Lämmastiku tekid hapniku osarõhu reguleerimise juhend

Järgmises tabelis on toodud soovitused hapniku maksimaalse lubatud osarõhu kohta lämmastikukatetes titaanist sukelsoojendites eutektilistes soolavannides 300 kraadi juures, sõltuvalt nõutavast kasutuseast ja korpuse lubatud alfa{1}sügavusest.

Soovitud kasutusiga (tundides) Maksimaalne lubatud alfa-korpuse sügavus (µm) Maksimaalne ohutu hapniku osarõhk (atm) ekvivalentne hapnikusisaldus (%) Soovitatav lämmastiku puhtus 5, 000 10 0.002 0.2% 99,8% 10,000 10 0.001 0.1% 2 0, 9, 9, 9, 9. 99,95% 50,000 20 0.0002 0.02% 99,98% 100,000 25 0.0001 0.01% 99,99%
Hapniku osarõhu juhtimisega seotud tehnika

Titaani klass mõjutab alfa{0}}korpuse tootmise kineetikat. 7. aste käitub sama hapniku osarõhu puhul alfa-juhul sarnaselt 2. klassiga, kuna pallaadium ei muuda oluliselt hapniku difusiooni. Seina paksus pakub materjalivaru. Näiteks 2,0 mm seinal, mille korpuse sügavus on 20 µm, on 1,98 mm plastiline südamik, mis on vastuvõetav, kuid 1,0 mm seinal sama alfa-ümbrisega on vaid 0,98 mm plastilist südamikku, mis võib olla marginaalne. Lämmastikukatte pidevat seiret tuleks hoida, kasutades hapnikuanalüsaatorit, mis on seatud häiresignaalile 0,05% hapniku juures (0,0005 atm), et tagada ohutusvaru alla 0,1% piiri. Soolavanni keemia võib samuti mõjutada alfa{19}}juhu kasvu; kloriidi lisandid soolas suurendavad hapniku transpordi kiirust.

Informeeritud spetsifikatsioon.

Titaanist sukelsoojendi jaoks temperatuuril 300 °C eutektilises soolavannis koos lämmastikukattega määrake maksimaalseks hapniku osarõhuks 0,001 atm (0,1 protsenti hapnikku) 10 000-tunniseks tööeaks. Hapniku jälgimine lämmastikukattes peaks olema pidev häirega 0,05% hapniku juures ja blokeeringuga, mis lülitab küttekeha välja, kui hapnikusisaldus on suurem kui 0,2%. Kuivuse tagamiseks määrake lämmastik minimaalse puhtusega 99,9%, kastepunkt alla -60 kraadi. Määrake 99,95% lämmastikku (0,05% O₂), et tagada pikem kasutusiga, üle 20 000 tunni, või paigaldage hapniku kogumissüsteem. Kasutuselevõtu ajal on oluline kontrollida hapniku taset küttekeha pinnal, mitte ainult gaasi sisselaskeava juures, kuna õhk võib siseneda läbi tihendite. Alfa-korpuse kiirenenud kasvu ja titaansoojendite rabeduse vältimiseks kõrge temperatuuriga soolavanni kasutamisel reguleerib insener hapniku osarõhu alla 0,001 atm.