Hoe correleert de intermetallische Ti₂Fe-deeltjesgrootteverdeling in een graad 2 titanium verwarmingsbuis met de dichtheid van putten in hete aluminiumsulfaatoplossing bij 80 graden?

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 deeltjes/mm²). De kleinere deeltjes < 2 µm en de lagere dichtheid < 200 deeltjes/mm2 vertonen een veel lagere putgevoeligheid, zodat de levensduur van de verwarmer te voorzien is.

Mechanisme van door Ti2Fe-geïnduceerde putjesvorming in aluminiumsulfaat

De galvanische stroomdichtheid naar het Ti2Fe-deeltje aan de rand van een deeltje is 10-100 μA/cm2, wat voldoende is om de aangrenzende titaniummatrix op te lossen. Heet aluminiumsulfaat bij 80 graden geeft een marginaal stabiele passieve film. Zodra een put is aangelegd, helpen de hoge concentratie sulfaat en de hoge temperatuur de uitzetting van de put. Pitdichtheid heeft een machtswetrelatie met deeltjesdichtheid: putdichtheid ≈ 0,1 (deeltjesdichtheid) 0,7. Het is dus belangrijk om de verdeling van Ti$_2$Fe-deeltjes te beheren door het juiste materiaal en de juiste warmtebehandeling te kiezen, zodat putvorming bij gebruik van aluminiumsulfaat kan worden voorspeld en geminimaliseerd. grotere deeltjes resulteren in grotere galvanische koppels en versnellen de pitstart.

Kwantitatieve correlatie van putdichtheid en deeltjes

Controle metallografisch onderzoek en corrosietesten van 10% Al 2 (SO 4 ) 3 bij 80 graden gedurende 500 uur hebben de volgende correlaties voor klasse 2 titaniumbuizen aan het licht gebracht. Monsters met Ti 2 Fe-deeltjesdichtheid<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.

Effect van ijzergehalte en warmtebehandeling op de deeltjesverdeling

De verdeling van Ti2Fe-deeltjes wordt bepaald door de ijzerconcentratie en de geschiedenis van thermische verwerking. Titanium van klasse 1, oplossingsgegloeid (700 graden, waterafschrikking), met 0,05–0,08 gew.% ijzer, heeft een deeltjesdichtheid van minder dan 50 deeltjes/mm2 en een deeltjesgrootte van minder dan 1 µm. Graad 2 met 0,12 gew.% ijzer in de wals-gegloeide toestand (700 graden, luchtkoeling) vertoont een dichtheid van 80–150 deeltjes per mm2 en een grootte van 1–2 µm. Typische klasse 2 met 0,20 gew.% ijzer in de wals-gegloeide toestand heeft een dichtheid van 200-400 deeltjes/mm2 en een grootte van 2-4 mm. Hoog ijzergehalte klasse 2 (0,25 gew.%) bereikt in getrokken toestand een dichtheid van 400–700 deeltjes/mm2 en een grootte van 3–6 μm. Bèta-gloeien (langzaam afkoelen van boven de 900 graden) creëert ondanks de verminderde dichtheid aanzienlijke putjes met grove deeltjes van 5-10 µm.

Aluminiumsulfaatservice Geschikte deeltjesverdeling

De volgende tabel toont de maximaal toegestane deeltjesparameters van Ti2Fe voor titaniumbuizen van klasse 2 in 10% aluminiumsulfaat bij 80 graden voor de gewenste levensduur en maximaal aanvaardbare putdiepte.

Gewenste levensduur (jaren) Max. putdiepte (mm) Max. Ti2Fe-deeltjesdichtheid (deeltjes/mm2) Max. gemiddelde deeltjesgrootte (μm) Aanbevolen warmtebehandeling
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Molen gegloeid (700 °C, luchtgekoeld)
3 0.30 250–400 3–4 Gegloeid + gebeitst 2 0.50 400–600 4–5 Zoals-getrokken (niet aanbevolen)<1 >0.50 >600 >5 Niet geschikt voor Graad 2 Engineering Beyond Particle Distribution Control

De titaniumkwaliteit kan worden gekozen om Ti2Fe-deeltjes volledig te elimineren. De oplossing-gegloeide toestand met een ijzergehalte van minder dan 0,08 gew.% voor klasse 1 vertoont de laagste putjesdichtheid. Graad 7 (palladium-gestabiliseerd) is qua ijzergehalte vergelijkbaar met Graad 2, maar het galvanische gedrag is veranderd, waardoor de putdichtheid met 50-70% wordt verminderd bij dezelfde deeltjesdispersie. In klasse 12 zijn molybdeen en nikkel aanwezig die verschillende intermetallische verbindingen produceren die minder kathodisch zijn dan Ti 2 Fe. De wanddikte maakt een tolerantie voor putpenetratie mogelijk. Een dikte van . 2.0 mm met matige putjes (80 putjes/cm^2, 100 µm diep) kan 5 tot 8 jaar meegaan, een dikte van 1,2 mm faalt eerder. Oppervlakteafwerking heeft invloed op het ontstaan ​​van putjes. Elektrolytisch polijsten verwijdert een oppervlaktelaag verrijkt met Ti2Fe-deeltjes, waardoor de effectieve deeltjesdichtheid afneemt.

Een geïnformeerde specificatie

Voor een titaniumverwarmer van klasse 2 in hete aluminiumsulfaatoplossing bij 80 graden specificeert u de maximale ijzerconcentratie van 0,15 gew.% en oplossing-gegloeide toestand (700 graden ± 10 graden, waterkoeling). Metallografische inspectie van een typisch monster bij een vergroting van 500×. Certificering dat de Ti₂Fe-deeltjesdichtheid minder dan 250 deeltjes per vierkante millimeter bedraagt ​​en dat geen enkele deeltjes een diameter groter dan 5 micron hebben. Voor essentiële toepassingen waarbij putcorrosie niet is toegestaan, gebruikt u titanium van klasse 1 of titanium van klasse 7. Inkomende inspectie. Snelle pitting-test. Dompel een monstercoupon onder in 10% Al2(SO4)3 bij 80 graden gedurende 168 uur en onderzoek het onder een vergroting van 50×. Weiger de partij als de putdichtheid groter is dan 50 putjes per vierkante centimeter. De ingenieur controleert de deeltjesgrootteverdeling van Ti 2 Fe als kwaliteitsparameter om de putdichtheid te verminderen en de voorspelde levensduur van de verwarmer bij gebruik van heet aluminiumsulfaat te garanderen.