Berapa Tekanan Parsial Oksigen Aman Maksimum (atm) dalam Selimut Nitrogen Di Atas Pemanas Perendaman Titanium yang Beroperasi pada 300 derajat dalam Penangas Garam Eutektik untuk Menghindari Percepatan Pertumbuhan Kasus Alfa-?

Pemanas perendaman titanium dilindungi dari oksidasi dengan selimut nitrogen dalam rendaman garam eutektik pada suhu 300 derajat. Namun, jika oksigen tersedia dalam selimut nitrogen, oksigen dapat meresap ke permukaan titanium dan membentuk lapisan selubung alfa-yang diperkaya oksigen. Lapisan rapuh ini mengurangi umur kelelahan dan keuletan. Laju pertumbuhan kasus alfa-adalah parabola, kedalamannya sebanding dengan akar kuadrat waktu dikalikan tekanan parsial oksigen. Ini adalah tekanan parsial oksigen tertinggi yang dapat digunakan dengan aman untuk menghindari percepatan pertumbuhan selubung alfa (yaitu, kurang dari 10 m selubung alfa setelah 10.000 jam pengoperasian) . Di atas level ini, laju pertumbuhan kasus alfa meningkat dengan cepat sehingga menyebabkan penggetasan dan kegagalan dini.

Mekanisme Alfa-Pembentukan Kasus oleh Oksigen pada 300 derajat

Pada suhu 300 derajat, oksigen berdifusi secara interstisial dalam kisi titanium yang menstabilkan fase alfa. Lapisan selubung alfa-lebih keras, biasanya 300–500 HV dibandingkan dengan 180–220 HV untuk logam dasar dan pada dasarnya tidak-ulet. Pertumbuhan kasus alfa-diberikan oleh persamaan d^2=k_p * t, dengan d adalah kedalaman kasus alfa-, k_p adalah konstanta laju parabola dan t adalah durasinya. Konstanta laju kp sebanding dengan tekanan parsial oksigen pangkat 0,5. Pada tekanan parsial oksigen di bawah nilai kritis, laju pertumbuhan kasus alfa dapat diabaikan selama masa pakai praktis. Di atas tingkat ini, tingkat pertumbuhannya tinggi dan dapat menyebabkan penggetasan pada tabung pemanas berdinding tipis dalam beberapa bulan.

Alfa Kuantitatif-Pertumbuhan Kasus Versus Tekanan Parsial Oksigen pada 300 derajat

Pengujian terkontrol dengan kombinasi nitrogen-oksigen pada suhu 300 derajat selama 10.000 jam telah menghasilkan kedalaman pertumbuhan selubung alfa untuk Ti-Tingkat 2. Pada tekanan parsial oksigen 0,0001 atm (0,01% oksigen), kedalaman selubung alfa hanya 2–5 µm sehingga tidak signifikan dan tidak memengaruhi kualitas mekanis. Kedalamannya adalah 5–10 µm pada 0,0005 atm (0,05% oksigen), yang dapat diterima untuk sebagian besar aplikasi dengan batas keamanan. Pada ambang batas kritis 0,001 atm (0,1% oksigen), kedalaman wadah alfa adalah 8-15 {mikro}m setelah 10.000 jam, yang merupakan batas maksimum yang diizinkan. Pada 0,002 atm (0,2% oksigen) kedalamannya ditingkatkan menjadi 15–25 µm dan terlihat hilangnya keuletan yang dapat diukur. Pada 0,005 atm (0,5% oksigen) kedalamannya adalah 25-40 µm dan penggetasan yang cukup besar diamati. 35–60 µm kedalaman kotak alfa pada 0,01 atm (1% oksigen) dengan retakan pada siklus termal. Pada 0,1 atm (10% oksigen, tipikal udara) kedalamannya lebih dari 100 µm setelah 10.000 jam dengan penggetasan parah.

Suhu dan Waktu Paparan Pengaruhnya terhadap Toleransi Oksigen

Tekanan parsial oksigen yang aman menurun tajam seiring suhu. 8-15 µm alfa-kedalaman kasus setelah 10.000 jam pada 300 derajat dan 0,001 atm O2. Pada suhu 350 derajat dan tekanan O2 yang sama yaitu 0,001 atm, kedalamannya meningkat menjadi 20–35 µm, yang berada di atas batas yang diizinkan. Pada suhu 300 C dan 0,002 atm O 2 kedalamannya adalah 15-25 um , sekali lagi melampaui batas. Toleransi oksigen lebih tinggi pada suhu yang lebih rendah, dengan kedalaman 10.000 jam hanya 5–10 µm pada 250 derajat dan 0,005 atm O2. Tingkat oksigen yang lebih tinggi mungkin dapat diterima untuk waktu pemaparan kurang dari 10.000 jam. Tekanan parsial oksigen aman maksimum selama paparan 1000 jam pada suhu 300 derajat naik menjadi 0,005 atm (0,5% oksigen) dengan kedalaman kotak alfa 5–10 μm.

Panduan Kontrol Tekanan Parsial Oksigen Selimut Nitrogen

Tabel berikut menyajikan rekomendasi untuk tekanan parsial oksigen maksimum yang diizinkan dalam selimut nitrogen di atas pemanas perendaman titanium dalam rendaman garam eutektik pada suhu 300 derajat sebagai fungsi dari masa pakai yang diperlukan dan kedalaman kotak alfa yang diizinkan.

Masa Pakai yang Diinginkan (jam) Alfa Maksimum yang Diizinkan-Kedalaman Wadah (µm) Tekanan Parsial Oksigen Aman Maksimum (atm) Konsentrasi Oksigen Setara (%) Kemurnian Nitrogen yang Direkomendasikan 5,000 10 0.002 0.2% 99,8% 10,000 10 0.001 0.1% 99,9% 20,000 15 0.0005 0.05% 99,95% 50,000 20 0.0002 0.02% 99,98% 100,000 25 0.0001 0.01% 99,99%
Rekayasa Melampaui Tekanan Parsial Kontrol Oksigen

Tingkatan titanium memengaruhi kinetika-produksi casing alfa. Kelas 7 berperilaku mirip dengan kelas 2 dalam kasus alfa-untuk tekanan parsial oksigen yang sama karena paladium tidak mengubah difusi oksigen secara signifikan. Ketebalan dinding menawarkan kelonggaran material. Misalnya, dinding 2,0 mm dengan kedalaman selubung alfa 20 µm mempunyai inti ulet 1,98 mm yang dapat diterima, namun dinding 1,0 mm dengan selubung alfa-yang sama hanya mempunyai inti ulet 0,98 mm yang mungkin marginal. Pemantauan terus menerus terhadap selimut nitrogen harus dilakukan dengan menggunakan penganalisis oksigen yang disetel ke alarm pada oksigen 0,05% (0,0005 atm) untuk memberikan margin keamanan di bawah batas 0,1%. Kandungan kimia dalam larutan garam juga dapat memengaruhi{19}}pertumbuhan kasus alfa; pengotor klorida dalam garam meningkatkan laju transportasi oksigen.

Spesifikasi yang Diinformasikan.

Untuk pemanas perendaman titanium pada suhu 300 derajat C dalam rendaman garam eutektik dengan selimut nitrogen, tentukan tekanan parsial oksigen maksimum sebesar 0,001 atm (0,1 persen oksigen) untuk masa pakai 10.000 jam. Pemantauan oksigen dalam selimut nitrogen harus terus menerus dengan alarm pada oksigen 0,05% dan interlock untuk mematikan pemanas jika oksigen lebih besar dari 0,2%. Tentukan nitrogen dengan kemurnian minimum 99,9%, titik embun di bawah -60 derajat untuk memastikan kekeringan. Tentukan 99,95% nitrogen (0,05%O₂) untuk masa pakai lebih lama selama 20.000 jam atau pasang sistem pengambil oksigen. Selama commissioning, penting untuk memeriksa tingkat oksigen pada permukaan pemanas, tidak hanya pada saluran masuk pasokan gas, karena udara dapat masuk melalui segel. Untuk mencegah percepatan pertumbuhan kotak alfa dan penggetasan pemanas titanium dalam layanan rendaman garam suhu tinggi, insinyur mengontrol tekanan parsial oksigen hingga kurang dari 0,001 atm.