Πώς συσχετίζεται η κατανομή μεγέθους σωματιδίων του διαμεταλλικού Ti2Fe σε ένα σωλήνα θερμαντήρα τιτανίου βαθμού 2 με την πυκνότητα των κοιλωμάτων σε καυτό διάλυμα θειικού αλουμινίου στους 80 βαθμούς;

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 σωματίδια/mm²). Τα μικρότερα σωματίδια < 2 μm και χαμηλότερη πυκνότητα < 200 σωματίδια / mm2 παρουσιάζουν πολύ μικρότερη ευαισθησία στο σχηματισμό κοιλοτήτων, έτσι ώστε η διάρκεια ζωής του θερμαντήρα να είναι προβλέψιμη.

Ο μηχανισμός του Ti2Fe-που επάγεται στο θειικό αλουμίνιο

Η πυκνότητα του γαλβανικού ρεύματος στο σωματίδιο Ti2Fe στην άκρη ενός σωματιδίου είναι 10-100 μA/cm2, που είναι αρκετό για να διαλύσει τη γειτονική μήτρα τιτανίου. Το ζεστό θειικό αλουμίνιο στους 80 βαθμούς δίνει ένα οριακά σταθερό παθητικό φιλμ. Μόλις ξεκινήσει ένα λάκκο, η υψηλή συγκέντρωση θειικού άλατος και η υψηλή θερμοκρασία βοηθούν στην επέκταση του λάκκου. Η πυκνότητα του λάκκου έχει σχέση νόμου ισχύος με την πυκνότητα σωματιδίων: πυκνότητα λάκκου ≈ 0,1 (πυκνότητα σωματιδίων) 0,7. Είναι επομένως σημαντικό να διαχειριζόμαστε την κατανομή των σωματιδίων Ti$_2$Fe επιλέγοντας το κατάλληλο υλικό και θερμική επεξεργασία έτσι ώστε να μπορεί να προβλεφθεί και να ελαχιστοποιηθεί η δημιουργία κοιλοτήτων στην υπηρεσία θειικού αλουμινίου. μεγαλύτερα σωματίδια οδηγούν σε μεγαλύτερα γαλβανικά ζεύγη και επιταχύνουν την εκκίνηση του pit.

Ποσοτική Συσχέτιση Πυκνότητας Εκβάθυνσης και Σωματιδίων

Η μεταλλογραφική έρευνα ελέγχου και η δοκιμή διάβρωσης του 10% Al 2(SO 4 ) 3 στους 80 βαθμούς για 500 ώρες αποκάλυψε τις ακόλουθες συσχετίσεις για σωλήνες τιτανίου Βαθμού 2. Δείγματα με πυκνότητα σωματιδίων 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.

Επίδραση της περιεκτικότητας σε σίδηρο και της θερμικής επεξεργασίας στην κατανομή των σωματιδίων

Η κατανομή των σωματιδίων Ti2Fe ελέγχεται από τη συγκέντρωση σιδήρου και το ιστορικό θερμικής επεξεργασίας. Τιτάνιο βαθμού 1, διάλυμα ανόπτησης (700 μοίρες, σβήσιμο νερού), με 0,05–0,08 wt% σίδηρο, έχει πυκνότητα σωματιδίων μικρότερη από 50 σωματίδια/mm2 και μέγεθος σωματιδίων μικρότερο από 1 μm. Ο βαθμός 2 με 0,12 wt% σίδηρο στην κατάσταση ανόπτησης σε μύλο{12} (700 μοίρες, κρύος αέρας) εμφανίζει πυκνότητα 80–150 σωματιδίων ανά mm2 και μέγεθος 1–2 μm. Ο τυπικός βαθμός 2 με 0,20 wt% σίδηρο στο ανόπτη-συνθήκη έχει πυκνότητα 200-400 σωματιδίων/mm2 και μέγεθος 2-4 mm. Υψηλής περιεκτικότητας σε σίδηρο Βαθμού 2 (0,25 wt%) σε συνθήκες έλξης φτάνει σε πυκνότητα 400–700 σωματιδίων/mm2 και μέγεθος 3–6 μm. Η βήτα ανόπτηση (αργή ψύξη από πάνω από 900 μοίρες) παρά τη μειωμένη πυκνότητα δημιουργεί σημαντικές θέσεις χονδρόκοκκων σωματιδίων 5-10 μm.

Υπηρεσία θειικού αλουμινίου Κατάλληλη διανομή σωματιδίων

Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τις μέγιστες επιτρεπόμενες παραμέτρους σωματιδίων του Ti2Fe για σωλήνες τιτανίου Βαθμού 2 σε θειικό αλουμίνιο 10% στους 80 βαθμούς για την επιθυμητή διάρκεια ζωής και το μέγιστο αποδεκτό βάθος λάκκου.

Επιθυμητή διάρκεια ζωής (έτη) Μέγιστο βάθος λάκκου (mm) Μέγιστη πυκνότητα σωματιδίων Ti2Fe (σωματίδια/mm2) Μέγιστο μέσο μέγεθος σωματιδίων (μm) Σύσταση θερμικής επεξεργασίας
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Μύλος ανόπτηση (700 βαθμοί C, ψύξη με αέρα)
3 0.30 250–400 3–4 Μύλος ανόπτησης + τουρσί 2 0.50 400–600 4–5 Όπως-τραβηχτεί (δεν συνιστάται)<1 >0.50 >600 >5 Δεν είναι κατάλληλο για Μηχανική Βαθμού 2 Πέρα από τον Έλεγχο Κατανομής Σωματιδίων

Η ποιότητα τιτανίου μπορεί να επιλεγεί για την πλήρη εξάλειψη των σωματιδίων Ti2Fe. Η κατάσταση ανόπτησης του διαλύματος-με περιεκτικότητα σε σίδηρο μικρότερη από 0,08 wt% για τον βαθμό 1 εμφανίζει τη χαμηλότερη πυκνότητα διάτρησης. Ο βαθμός 7 (σταθεροποιημένο παλλάδιο-) είναι συγκρίσιμος με τον βαθμό 2 σε περιεκτικότητα σε σίδηρο, αλλά η γαλβανική συμπεριφορά αλλάζει, μειώνοντας την πυκνότητα της διάτρησης κατά 50–70% για την ίδια διασπορά σωματιδίων. Στον βαθμό 12, υπάρχουν μολυβδαίνιο και νικέλιο που παράγουν διακριτά διαμεταλλικά που είναι λιγότερο καθοδικά από το Ti 2 Fe. Το πάχος του τοιχώματος επιτρέπει μια ανοχή διείσδυσης λάκκου πάχος. 2.0 mm με μέτριο κοίλωμα (80 κοιλότητες/cm^2, βάθος 100 μm) μπορεί να διαρκέσει 5-8 χρόνια, ένα πάχος 1,2 mm αποτυγχάνει νωρίτερα. Το φινίρισμα επιφάνειας επηρεάζει την εκκίνηση του λάκκου. Η ηλεκτροστίλβωση αφαιρεί ένα επιφανειακό στρώμα εμπλουτισμένο σε σωματίδια Ti2Fe, μειώνοντας την αποτελεσματική πυκνότητα σωματιδίων.

Μια ενημερωμένη προδιαγραφή

Για θερμαντήρα τιτανίου Βαθμού 2 σε ζεστό διάλυμα θειικού αλουμινίου στους 80 βαθμούς , καθορίστε τη μέγιστη συγκέντρωση σιδήρου 0,15 wt% και την κατάσταση ανόπτησης στο διάλυμα (700 μοίρες ± 10 μοίρες, απόσβεση νερού). Μεταλλογραφική επιθεώρηση τυπικού δείγματος σε μεγέθυνση 500×. Πιστοποίηση ότι η πυκνότητα σωματιδίων Ti2Fe είναι μικρότερη από 250 σωματίδια ανά τετραγωνικό χιλιοστό και ότι κανένα σωματίδιο δεν έχει διάμετρο μεγαλύτερη από 5 μικρά. Για βασικές εφαρμογές όπου δεν επιτρέπεται η δημιουργία κοιλοτήτων, χρησιμοποιήστε τιτάνιο βαθμού 1 ή τιτάνιο βαθμού 7. Εισερχόμενη Επιθεώρηση. Δοκιμή ταχείας διάνοιξης. Βυθίστε ένα κουπόνι δείγματος σε 10% Al2(SO4)3 στους 80 βαθμούς για 168 ώρες και εξετάστε με μεγέθυνση 50×. Απορρίψτε την παρτίδα εάν η πυκνότητα του λάκκου υπερβαίνει τα 50 κοιλώματα ανά τετραγωνικό εκατοστό. Ο μηχανικός ελέγχει την κατανομή μεγέθους σωματιδίων του Ti 2 Fe ως ποιοτική παράμετρο για να μειώσει την πυκνότητα των κοιλοτήτων και να διασφαλίσει την προβλεπόμενη διάρκεια ζωής του θερμαντήρα στη χρήση ζεστού θειικού αλουμινίου.