Kako intermetalna distribucija veličine čestica Ti₂Fe u grijačoj cijevi od titana razreda 2 korelira s gustoćom jamica u vrućoj otopini aluminijevog sulfata na 80 stupnjeva?

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 čestica/mm²). Manje čestice < 2 µm i niža gustoća < 200 čestica / mm2 pokazuju mnogo manju osjetljivost na udubljenje tako da je vijek trajanja grijača predvidljiv.

Mehanizam Ti2Fe-induciranog pitinga u aluminijevom sulfatu

Gustoća galvanske struje prema čestici Ti2Fe na rubu čestice je 10-100 μA/cm2, što je dovoljno za otapanje susjedne titanske matrice. Vrući aluminijev sulfat na 80 stupnjeva daje marginalno stabilan pasivni film. Nakon što se jama pokrene, visoka koncentracija sulfata i visoka temperatura pomažu širenju jame. Gustoća jame ima potencijski odnos s gustoćom čestica: gustoća jame ≈ 0,1 (gustoća čestica)0,7. Stoga je važno upravljati raspodjelom čestica Ti$_2$Fe odabirom odgovarajućeg materijala i toplinske obrade kako bi se piting mogao predvidjeti i minimizirati u radu s aluminijevim sulfatom. veće čestice rezultiraju većim galvanskim parovima i ubrzavaju pit start.

Kvantitativna korelacija gustoće pitinga i čestica

Kontrolno metalografsko ispitivanje i ispitivanje korozije 10% Al 2(SO 4 ) 3 na 80 stupnjeva tijekom 500 sati otkrilo je sljedeće korelacije za titanske cijevi stupnja 2. Uzorci s gustoćom čestica 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.

Učinak sadržaja željeza i toplinske obrade na raspodjelu čestica

Raspodjela čestica Ti2Fe kontrolirana je koncentracijom željeza i poviješću toplinske obrade. Titan 1. stupnja, žaren u otopini (700 stupnjeva, gašenje vodom), s 0,05–0,08 težinskih % željeza, ima gustoću čestica manju od 50 čestica/mm2 i veličinu čestica manju od 1 µm. Stupanj 2 s 0,12 wt% željeza u mlin-žarenom stanju (700 stupnjeva, hlađenje zrakom) pokazuje gustoću od 80-150 čestica po mm2 i veličinu od 1-2 µm. Tipični stupanj 2 s 0,20 wt% željeza u mlin-žarenom stanju ima gustoću od 200-400 čestica/mm2 i veličinu od 2-4 mm. Stupanj 2 s visokim udjelom željeza (0,25 wt%) u stanju kakvog je nacrtano doseže gustoću od 400–700 čestica/mm2 i veličinu od 3–6 μm. Beta žarenje (sporo hlađenje iznad 900 stupnjeva) usprkos smanjenoj gustoći stvara značajna mjesta udubljenja grubih čestica 5-10 µm.

Usluga aluminijeva sulfata Prikladna distribucija čestica

Sljedeća tablica prikazuje maksimalno dopuštene parametre čestica Ti2Fe za titanijske cijevi stupnja 2 u 10% aluminijevom sulfatu na 80 stupnjeva za željeni radni vijek i najveću prihvatljivu dubinu jame.

Željeni vijek trajanja (godine) Maks. dubina jame (mm) Maks. gustoća čestica Ti2Fe (čestice/mm2) Maks. prosječna veličina čestica (µm) Preporuka za toplinsku obradu
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Mlin žaren (700 stupnjeva C, hlađen zrakom)
3 0.30 250–400 3–4 Mljeveno žareno + dekapirano 2 0.50 400–600 4–5 Kako-vučeno (ne preporučuje se)<1 >0.50 >600 >5 Nije prikladno za 2. stupanj inženjerstva izvan kontrole distribucije čestica

Kvaliteta titana može se odabrati za potpuno uklanjanje čestica Ti2Fe. Otopina-žareno stanje sa sadržajem željeza manjim od 0,08 wt% za Grade 1 pokazuje najmanju gustoću rupičaste mrlje. Stupanj 7 (paladij-stabiliziran) usporediv je s stupnjem 2 u sadržaju željeza, ali je galvansko ponašanje promijenjeno, smanjujući gustoću rupičaste mrlje za 50–70% za istu disperziju čestica. U stupnju 12 prisutni su molibden i nikal koji proizvode različite intermetale koji su manje katodni od Ti 2 Fe. Debljina stjenke dopušta toleranciju prodiranja udubljenja. 2.0 mm debljine s umjerenom udubljenošću (80 udubina/cm^2, dubina 100 µm) može trajati 5–8 godina, debljina od 1,2 mm otkazuje ranije. Završna obrada površine utječe na inicijaciju jamica. Elektropoliranjem se uklanja površinski sloj obogaćen česticama Ti2Fe, čime se smanjuje efektivna gustoća čestica.

Informirana specifikacija

Za titanski grijač 2. ​​stupnja u vrućoj otopini aluminijevog sulfata na 80 stupnjeva, navedite maksimalnu koncentraciju željeza od 0,15 wt% i uvjet-otopljene otopine (700 stupnjeva ± 10 stupnjeva, gašenje vodom). Metalografski pregled tipičnog uzorka pri povećanju od 500x. Potvrda da je gustoća čestica Ti₂Fe manja od 250 čestica po kvadratnom milimetru i da nijedna čestica nije veća od 5 mikrona u promjeru. Za bitne primjene gdje nije dopušteno stvaranje rupa, upotrijebite titan stupnja 1 ili titan razreda 7. Dolazna inspekcija. Brzi test pitinga. Uronite kupon uzorka u 10% Al2(SO4)3 na 80 stupnjeva na 168 sati i pregledajte pod povećanjem od 50x. Odbacite seriju ako gustoća jamica prelazi 50 jamica po kvadratnom centimetru. Inženjer kontrolira raspodjelu veličine čestica Ti 2 Fe kao parametar kvalitete kako bi se smanjila gustoća pitinga i osigurao predviđeni životni vijek grijača pri upotrebi vrućeg aluminijeva sulfata.