Oksalo rūgštis (H₂C₂O4) 10% koncentracijos ir aukštesnės temperatūros (60–80 laipsnių) dažniausiai naudojama metalo valymui, rūdžių šalinimui ir tam tikriems cheminiams procesams. Titanas oksalo rūgštyje turi nedidelį atsparumą; pasyvioji plėvelė yra stabili tik kruopščiai kontroliuojamomis sąlygomis. Kai titano apvalkalas cikliškai šildomas ir vėsinamas, -pakyla iki darbinės temperatūros ir sumažėja iki aplinkos Pakilimo greitis (temperatūrinio pokyčio laipsniais per minutę) tiesiogiai lemia šiluminės įtampos dydį ir kaupiamąją žalą per ciklą. Dėl greitesnių tempimo tempų vamzdžio sienelėje susidaro didesni momentiniai šiluminiai gradientai, todėl padidėja įtampa ir sumažėja ciklų skaičius prieš įtrūkimo atsiradimą.

Šiluminio ciklo krekingo oksalo rūgštyje mechanizmas

Šildymo metu vidinė titano vamzdžio sienelė plečiasi prieš išorinę sienelę dėl temperatūros gradiento. Šis diferencinis išsiplėtimas sukuria išorinio paviršiaus tempimo įtempį. 10% oksalo rūgštyje 70 laipsnių temperatūroje pasyvioji plėvelė jau yra cheminė ataka. Tempimo įtempis atveria mikroskopinius plėvelės defektus, todėl rūgštis gali pasiekti pliką titaną. Šiuose streso taškuose vyksta vietinis tirpimas. Atvėsus, išorinis paviršius susitraukia greičiau, todėl vidinis paviršius sukuria tempimo įtempį. Pirmyn-ir-streso dviratis pamažu gilina atakų vietas į mikro{10}}įtrūkimus. Kai įtrūkimas pasiekia kritinį gylį (paprastai 10–20 % sienelės storio), jis greitai plinta per likusią sieną. Tempimo greitis kontroliuoja šiluminio įtempio dydį; greitesnis pakilimas padidina temperatūros gradientą ir pagreitina įtrūkimų atsiradimą.

Kiekybinis greitėjimo greičio ir ciklų iki nesėkmės ryšys

Kontroliuojamas ciklinis bandymas 10 % oksalo rūgštyje 70 laipsnių kampu (ciklas: nuo 20 laipsnių iki 70 laipsnių ir atgal) nustatė šiuos ciklus iki gedimo 2 laipsnio titanui, kurio sienelės storis 1,2 mm:

Tempimo greitis 0,5 laipsnio per minutę (labai lėtas, 100 minučių pašildyti, 100 minučių atvėsti): 15–20 MPa šiluminis įtempis. Ciklai iki gedimo 2500–3500. Įtrūkimai atsiranda po 2000 ciklų. Įtrūkimai plinta tarpkristališkai.

Tempimo greitis 2 laipsniai per minutę (lėtas, 25 min. karštis, 25 vėsus): terminis įtempis 35–45 MPa. Ciklai iki gedimo 800–1200. Būdinga gerai-valdomiems paketiniams procesams.

Tempimo greitis 5 laipsniai per minutę (vidutinis, 10 minučių karštis, 10 vėsus): terminis įtempis 60–75 MPa. Ciklai iki gedimo 300–500. Įtrūkimų atsiradimas po 150–250 ciklų.

Tempimo greitis 10 laipsnių per minutę (greitas, 5 minutės karštis, 5 vėsus): 100–120 MPa šiluminis įtempis. Ciklai iki gedimo 80–150. Įtrūkimai plinta transgranuliniu būdu. Nerekomenduojama.

Tempimo greitis 20 laipsnių per minutę (labai greitas, 2,5 minutės karštis, 2,5 vėsus): Šiluminis įtempis viršija 150 MPa. Ciklas iki gedimo mažesnis nei 30. Šiluminio šoko sąlygos iš karto sukelia mikro-įtrūkimus.

Sienos storio ir temperatūros svyravimų poveikis

Pakilimo greičio sąveika priklauso nuo sienelės storio ir temperatūros svyravimų. Storesnė siena (1,5 mm) patiria didesnį šiluminį įtempimą esant tokiam pačiam pakilimo greičiui, nes temperatūros gradientas storesnėje dalyje yra didesnis. Esant 5 laipsniai/min. pakylėjimo greičiui, ciklai iki gedimo sumažėja nuo 400 (1,2 mm siena) iki 250 (1,5 mm siena) iki 150 (2,0 mm siena). Didesnis temperatūros pokytis (pvz., nuo 20 laipsnių iki 90 laipsnių prieš . 20 laipsnį iki 70 laipsnių) taip pat sumažina ciklus iki gedimo proporcingai temperatūros skirtumo kvadratui.

Oksalo rūgšties aptarnavimo greitinimo greičio pasirinkimo vadovas

Toliau pateiktoje lentelėje pateikiama sprendimų sistema, kaip pasirinkti arba valdyti šiluminio pakilimo greitį, atsižvelgiant į pageidaujamą ciklo trukmę ir šildytuvo geometriją:

Inžinerija ne tik stabdymo greičio kontrolei

Titano lydinio klasė žymiai pakeičia atsparumą šiluminio ciklo įtrūkimams. 7 laipsnio (paladžio -stabilizuotas) išlaiko geresnį pasyviosios plėvelės stabilumą terminio ciklo metu, todėl ciklai iki gedimo padidėja 50–100 %, esant tokiam pat tempimo greičiui. 12 laipsnio (molibdeno-nikelio) pagerėjimas yra 30–50 %. Oksalo rūgšties koncentracija taip pat svarbi; esant 5 % oksalo rūgšties, ciklai iki gedimo padidėja 2–3 kartus, palyginti su 10 %. Esant 15% oksalo rūgšties, ciklai iki gedimo sumažėja 60–70%. Šildymo būdas turi įtakos pakylėjimui: elektriniai šildytuvai gali veikti greičiau nei garu{20}}šildomos sistemos. Jei dėl proceso priežasčių reikalingas greitas pakėlimas, nurodykite mažesnį vatų tankį (10 W/cm² vietoj 20 W/cm²), kad sumažintumėte temperatūros gradientą visoje sienoje esant bet kokiam pakylėjimo greičiui.

Informuotos specifikacijos sudarymas

Nurodydami titano apvalkalo šildytuvą, skirtą cikliniam eksploatavimui 10 % oksalo rūgštyje, proceso valdymo dokumentuose įtraukite didžiausio pakilimo greičio reikalavimą. Įprastoms paketinėms operacijoms, kai tikimasi 1 000 ciklų per šildytuvo eksploatavimo laiką, nurodykite didžiausią 2 laipsniai/min. Įdiekite programuojamą temperatūros reguliatorių su rampos -greičio ribojimu, kad operatoriaus-greitai nešildytų ar atvėstų. Aušinimo greitinimui natūrali konvekcija paprastai yra lėtesnė nei priverstinis aušinimas; Venkite šildytuvo gesinimo šaltu vandeniu arba šalta rūgštimi, nes tai padidina aušinimo greitį, viršijantį 20 laipsnių per minutę. Eksploatacijos metu stebėkite šildytuvo elektrinę varžą; 5–10 % padidėjimas rodo, kad susidarė mikro{13}plyšiai, kuriuos reikia patikrinti. Jei įtrūkimai aptinkami prieš-į sieną, šildytuvas gali būti nutrauktas, be proceso užteršimo. Reguliuodamas terminio pakilimo greitį kaip kritinį veikimo parametrą, inžinierius prailgina titano šildytuvų ciklinį tarnavimo laiką mažai ėsdinančioje oksalo rūgšties aplinkoje.