Bagaimana Distribusi Ukuran Partikel Ti₂Fe Intermetalik dalam Tabung Pemanas Titanium Kelas 2 Berkorelasi dengan Kepadatan Lubang dalam Larutan Aluminium Sulfat Panas pada 80 derajat?

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 partikel/mm²). Partikel yang lebih kecil < 2 µm dan kepadatan yang lebih rendah < 200 partikel / mm2 menunjukkan kerentanan lubang yang jauh lebih rendah sehingga umur pemanas dapat diperkirakan.

Mekanisme Pitting yang diinduksi Ti2Fe-dalam Aluminium Sulfat

Kerapatan arus galvanik pada partikel Ti2Fe di tepi partikel adalah 10-100 μA/cm2 , yang cukup untuk melarutkan matriks titanium yang berdekatan. Aluminium sulfat panas pada suhu 80 derajat menghasilkan film pasif yang sedikit stabil. Setelah lubang dibuat, konsentrasi sulfat yang tinggi dan suhu yang tinggi membantu perluasan lubang. Kepadatan lubang memiliki hubungan hukum pangkat dengan kepadatan partikel: kepadatan lubang ≈ 0,1 (kepadatan partikel)0,7. Oleh karena itu, penting untuk mengelola distribusi partikel Ti$_2$Fe dengan memilih bahan yang tepat dan perlakuan panas sehingga lubang dapat diprediksi dan diminimalkan dalam layanan aluminium sulfat. partikel yang lebih besar menghasilkan pasangan galvanik yang lebih besar dan mempercepat pit start.

Korelasi Kuantitatif Kepadatan Pitting dan Partikel

Investigasi metalografi kontrol dan pengujian korosi 10% Al 2(SO 4 ) 3 pada suhu 80 derajat selama 500 jam telah mengungkapkan korelasi berikut untuk tabung titanium Kelas 2. Sampel dengan kepadatan partikel 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.

Pengaruh Kandungan Besi dan Perlakuan Panas terhadap Distribusi Partikel

Distribusi partikel Ti2Fe dikendalikan oleh konsentrasi besi dan riwayat pemrosesan termal. Titanium kelas 1, larutan anil (700 derajat, pendinginan air), dengan besi 0,05–0,08% berat, memiliki kepadatan partikel kurang dari 50 partikel/mm2 dan ukuran partikel kurang dari 1 µm. Kelas 2 dengan 0,12% berat besi dalam kondisi penggilingan-anil (700 derajat, udara dingin) menunjukkan kepadatan 80–150 partikel per mm2 dan ukuran 1–2 µm. Kelas 2 tipikal dengan besi 0,20% berat dalam kondisi pabrik-anil memiliki kepadatan 200-400 partikel/mm2 dan ukuran 2-4 mm. Besi tinggi Kelas 2 (0,25% berat) dalam kondisi seperti ditarik mencapai kepadatan 400–700 partikel/mm2 dan ukuran 3–6 μm. Anil beta (pendinginan lambat dari atas 900 derajat) meskipun kepadatannya berkurang, menciptakan lubang yang signifikan pada partikel kasar berukuran 5-10 µm.

Distribusi Partikel Cocok Layanan Aluminium Sulfat

Tabel berikut menunjukkan parameter partikel maksimum Ti2Fe yang diperbolehkan untuk tabung titanium Kelas 2 dalam aluminium sulfat 10% pada suhu 80 derajat untuk masa pakai yang diinginkan dan kedalaman lubang maksimum yang dapat diterima.

Masa Pakai yang Diinginkan (tahun) Kedalaman Lubang Maks (mm) Kepadatan Partikel Ti2Fe Maks (partikel/mm2) Ukuran Partikel Rata-rata Maks (µm) Rekomendasi perlakuan panas
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Pabrik dianil (700 derajat C, berpendingin udara)
3 0.30 250–400 3–4 Gilingan anil + acar 2 0.50 400–600 4–5 Seperti-digambar (tidak disarankan)<1 >0.50 >600 >5 Tidak sesuai untuk Teknik Kelas 2 Di Luar Kendali Distribusi Partikel

Tingkat titanium dapat dipilih untuk menghilangkan partikel Ti2Fe sepenuhnya. Solusi-keadaan anil dengan kandungan besi kurang dari 0,08% berat untuk Kelas 1 menunjukkan kepadatan lubang terendah. Tingkat 7 (paladium-distabilkan) sebanding dengan Tingkat 2 dalam hal kandungan besi, tetapi perilaku galvaniknya berubah, sehingga mengurangi kepadatan lubang sebesar 50–70% untuk dispersi partikel yang sama. Di kelas 12, terdapat molibdenum dan nikel yang menghasilkan intermetalik berbeda yang kurang katodik dibandingkan Ti 2 Fe. Ketebalan dinding memungkinkan toleransi penetrasi lubang dengan ketebalan . 2.0 mm dengan lubang sedang (80 lubang/cm^2, kedalaman 100 µm) dapat bertahan 5–8 tahun, ketebalan 1,2 mm akan rusak lebih awal. Penyelesaian permukaan mempengaruhi inisiasi lubang. Pemolesan elektro menghilangkan lapisan permukaan yang diperkaya partikel Ti2Fe, sehingga mengurangi kepadatan partikel efektif.

Spesifikasi yang Diinformasikan

Untuk pemanas titanium Kelas 2 dalam larutan aluminium sulfat panas pada suhu 80 derajat , tentukan konsentrasi besi maksimum sebesar 0,15% berat dan larutan-kondisi anil (700 derajat ± 10 derajat , pendinginan dengan air). Inspeksi metalografi sampel tipikal pada perbesaran 500x. Sertifikasi bahwa kepadatan partikel Ti₂Fe kurang dari 250 partikel per milimeter persegi dan tidak ada partikel yang diameternya lebih besar dari 5 mikron. Untuk aplikasi penting di mana lubang tidak diperbolehkan, gunakan titanium Kelas 1 atau titanium Kelas 7. Inspeksi Masuk. Tes Lubang Cepat. Rendam kupon sampel dalam 10% Al2(SO4)3 pada suhu 80 derajat selama 168 jam dan periksa dengan pembesaran 50×. Tolak lot jika kepadatan lubang melebihi 50 lubang per sentimeter persegi. Insinyur mengontrol distribusi ukuran partikel Ti 2 Fe sebagai parameter kualitas untuk mengurangi kepadatan lubang dan memastikan umur pemanas yang diprediksi dalam penggunaan aluminium sulfat panas.