가속된 알파-케이스 성장을 피하기 위해 공융 염욕에서 300도에서 작동하는 티타늄 침수 히터 위에 있는 질소 담요의 최대 안전 산소 분압(atm)은 얼마입니까?

티타늄 침지 히터는 300도의 공융 염욕에서 질소 블랭킷으로 산화로부터 보호됩니다. 그러나 질소 블랭킷에 산소가 있으면 산소가 티타늄 표면에 침투하여 산소가 풍부한 알파{2}}케이스 층을 형성할 수 있습니다. 이 부서지기 쉬운 층은 피로 수명과 연성을 감소시킵니다. 알파- 사례의 성장률은 포물선형이며, 깊이는 시간의 제곱근에 산소 분압을 곱한 값에 비례합니다. 이는 가속된 알파-케이스 성장(즉, 10,000시간 작동 후 알파{11}}케이스가 10m 미만)을 방지하기 위해 안전하게 사용할 수 있는 가장 높은 산소 부분압입니다. 이 수준 이상에서는 알파-케이스의 성장 속도가 급격히 증가하여 취약성과 조기 실패를 유발합니다.

300도 산소에 의한 알파{0}}케이스 형성 메커니즘

300도에서 산소는 알파상을 안정화시키는 티타늄 격자에서 틈새로 확산됩니다. 알파{2}}케이스 레이어는 모재 금속의 180~220HV에 비해 일반적으로 300~500HV로 더 단단하며 본질적으로 비-연성입니다. 알파-케이스 증가는 방정식 d^2=k_p * t로 제공됩니다. 여기서 d는 알파-케이스의 깊이이고, k_p는 포물선 속도 상수이고 t는 기간입니다. 속도상수 kp는 산소분압의 0.5제곱에 비례합니다. 임계값 미만의 산소 분압에서 알파- 케이스의 증가율은 실제 서비스 수명 동안 무시할 수 있습니다. 이 수준 이상에서는 성장률이 높고 몇 달 안에 얇은 벽으로 된 가열 튜브가 부서질 수 있습니다.

정량적 알파-300도에서의 사례 성장 대 산소 분압

10,000시간 동안 300도에서 질소{0}}산소 조합을 사용한 제어 테스트를 통해 Ti-등급 2에 대한 알파{4}}케이스 성장 깊이가 확립되었습니다. 0.0001atm(0.01% 산소)의 산소 분압에서 알파{9}}케이스의 깊이는 2~5μm에 불과하므로 중요하지 않으며 기계적 품질에 영향을 미치지 않습니다. 깊이는 0.0005atm(0.05% 산소)에서 5~10μm이며 이는 안전 여유가 있는 대부분의 응용 분야에 적합합니다. 임계 임계값 0.001atm(0.1% 산소)에서 알파{20}}케이스 깊이는 10,000시간 후 8-15{micro}m이며, 이는 허용되는 최대 한계입니다. 0.002atm(0.2% 산소)에서 깊이는 15~25μm로 증가하고 측정 가능한 연성의 손실이 관찰됩니다. 0.005atm(0.5% 산소)에서 깊이는 25~40μm이고 열 순환 시 균열과 함께 0.01atm(1% 산소)에서 상당한 취화가 관찰됩니다.{33}}~60μm 알파 케이스 깊이입니다. 0.1기압(공기의 경우 10% 산소)에서 깊이는 10,000시간 후 심한 취성으로 인해 100μm 이상입니다.

온도와 노출 시간이 산소 내성에 미치는 영향

산소의 안전한 부분압은 300도 및 0.001atm O2에서 10,000시간 후에 온도. 8-15 µm 알파-케이스 깊이에 따라 급격히 감소합니다. 350도 및 0.001atm의 동일한 O2 압력에서 깊이는 20~35μm로 증가하며 이는 허용 한계를 초과합니다. 300C 및 0.002atm O 2에서 깊이는 15{32}}25um이며, 이는 다시 한도를 초과합니다. 산소 내성은 낮은 온도에서 더 높습니다. 10,000시간 깊이는 250도 및 0.005atm O2에서 5~10μm에 불과합니다. 10,000시간 미만의 노출 시간에는 더 높은 산소 수준이 허용될 수 있습니다. 300도에서 1000시간 노출 동안 최대 안전 산소 분압은 알파 케이스 깊이 5~10μm에서 0.005atm(0.5% 산소)까지 올라갑니다.

질소 담요 산소 부분 압력 제어 가이드

다음 표는 필요한 서비스 수명과 허용되는 알파{1}}케이스 깊이에 따라 300도 공융 염욕에 있는 티타늄 침지 히터 위의 질소 블랭킷 내 산소의 최대 허용 분압에 대한 권장 사항을 제시합니다.

원하는 서비스 수명(시간) 최대 허용 알파-케이스 깊이(μm) 최대 안전 산소 분압(atm) 등가 산소 농도(%)권장 질소 순도 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%
산소 제어의 부분압을 넘어서는 엔지니어링

티타늄 등급은 알파{0}}케이스 생산의 역학에 영향을 미칩니다. 팔라듐이 산소 확산을 크게 변화시키지 않기 때문에 등급 7은 동일한 산소 분압에 대한 알파- 사례에서 등급 2와 유사한 방식으로 동작합니다. 벽 두께는 재료 허용량을 제공합니다. 예를 들어, 알파-케이스 깊이가 20μm인 2.0mm 벽에는 허용 가능한 1.98mm의 연성 코어가 있지만, 동일한 알파-케이스가 있는 1.0mm 벽에는 한계가 있을 수 있는 0.98mm의 연성 코어가 있습니다. 0.05% 산소(0.0005atm)에서 경보가 울리도록 설정된 산소 분석기를 사용하여 질소 블랭킷을 지속적으로 모니터링하여 0.1% 한도 미만의 안전 여유를 제공해야 합니다. 염욕 화학도 알파-케이스 성장에 영향을 미칠 수 있습니다. 소금의 염화물 불순물은 산소 전달 속도를 증가시킵니다.

정보 사양.

질소 블랭킷이 포함된 공융 염욕에서 300°C의 티타늄 침지 히터의 경우 10,000시간 수명 동안 최대 산소 분압을 0.001atm(0.1% 산소)으로 지정합니다. 질소 담요의 산소 모니터링은 0.05% 산소에서 경보를 울리고 산소가 0.2%보다 큰 경우 히터를 차단하는 인터록을 통해 지속적으로 이루어져야 합니다. 건조를 보장하려면 최소 순도 99.9%의 질소, 이슬점 -60도 이하를 지정하세요. 20,000시간 이상의 긴 서비스 수명을 위해 99.95% 질소(0.05%O2)를 지정하거나 산소 게터 시스템을 설치하십시오. 공기가 씰을 통해 유입될 수 있으므로 시운전 중에는 가스 공급 입구뿐만 아니라 히터 표면의 산소 수준을 확인하는 것이 중요합니다. 고온 염욕 서비스에서 알파 케이스의 가속화된 성장과 티타늄 히터의 취성을 방지하기 위해 엔지니어는 산소 분압을 0.001atm 미만으로 제어합니다.