F'liema Kombinazzjoni Speċifika ta 'Frekwenza taċ-Ċiklu Termali u l-Ogħla Temperatura Ma' 1.0 Millimeter 316 Stainless Steel Sheath Jiżviluppa Spallation ta' Ossidu Li Taċċellera Tnaqqija Uniformi tal-Ħitan fis-Servizz ta 'Tisħin ta' l-Ajru Ċikliku?

Għal inġiniera li jibnu ħiters ta 'immersjoni elettriċi għal fran industrijali, ħiters tal-kanal ta' l-arja u kmamar taċ-ċikli termali, il-produzzjoni u l-iskala ta 'skala ta' ossidu fuq il-wiċċ tal-għant ta 'l-istainless steel 316 huwa mekkaniżmu progressiv iżda prevedibbli ta' traqqiq tal-ħajt. Fejn il-pitting jew il-korrużjoni attiva jikkawżaw falliment lokalizzat, l-ispallazzjoni tal-ossidu tippromwovi telf omoġenju ta 'materjal fuq il-wiċċ kollu msaħħna. Kull ċiklu ta 'sħana jistabbilixxi kisja żgħira ta' ossidu rikk tal-kromju. Eventwalment is-saff ta ' l-ossidu se jikseb wisq oħxon u se jinfirex. Dan huwa minħabba li s-saff ta ' l-ossidu għandu espansjoni termali differenti mill-metall, u s-saff ta ' l-ossidu xquq u laqx off jesponi metall frisk li jiġi ossidizzat. Dan il-proċess huwa speċjalment suxxettibbli għal għant bi ħxuna tal-ħajt ta '1.0 mm, peress li traqqiq uniformi żgħir jista' jnaqqas b'mod sinifikanti l-integrità strutturali. Dan id-dokument jistabbilixxi l-kundizzjonijiet preċiżi tal-frekwenza taċ-ċiklu termali u t-temperatura massima li fiha l-ispallazzjoni tal-ossidu taċċellera sal-punt li tnaqqas il-ħajja tal-għant għal livelli inaċċettabbli għal tħaddim industrijali.

Kinetika ta 'tkabbir ta' ossidu u spallation fuq l-istainless steel 316L
Il-kinetika tal-ossidazzjoni tal-istainless steel 316 fl-arja ssegwi l-liġi parabolika: il-ħxuna tal-ossidu tiżdied bl-għerq kwadrat tal-ħin fit-temperatura. F'600 ° C il-ħxuna ta 'l-ossidu hija ta' madwar 2 mikron wara 100 siegħa u madwar 5 mikron wara 1,000 siegħa. L-istess ħxuna jinkisbu wara 20 siegħa u 200 siegħa, rispettivament, f'700 ° C. Fi 800 ° C, l-ossidu huwa 5 mikroni f'50 siegħa. Il-ħxuna kritika tal-ossidu għall-ispallazzjoni matul iċ-ċikliżmu termali hija funzjoni tad-differenza fit-temperatura għal kull ċiklu. Għal varjazzjoni fit-temperatura ta '500 ° C (jiġifieri 200 ° C sa 700 ° C) spallation tibda sseħħ meta l-ħxuna tal-ossidu hija madwar 3-4 mikron. Għal swing ta '700 ° C (eż. minn 100 ° C sa 800 ° C) spallation jibda f'2-3 mikron. Kull avveniment ta 'spallazzjoni jneħħi 1-3 mikroni ta' metall mill-wiċċ tal-għant, peress li s-saff ta 'ossidu fih metall mis-sottostrat. Ghat ta '1.0 mm soġġett għal 100 avveniment ta' spallation jista 'jitlef 0.1-0.3 mm ta' ħxuna tal-ħajt li jikkorrispondi għal 10-30% tal-materjal inizjali tiegħu. F'servizz ċikliku bi spallazzjoni f'100-500 ċiklu, l-għant ta' 1.0 mm jista' jilħaq ħxuna strutturali minima (0.5 mm) wara 500-2,000 ċiklu, jiġifieri. 1-5 snin ta' servizz b'ċiklu wieħed kuljum.

Limiti Kritiċi għal Spallation Aċċellerata f'1.0 Millimeter Sheath Ittestjar tal-forn Ikkontrollat ​​ta 'kampjuni ta' 1.0 mm 316 għant taħt settings ta 'tisħin ċikliku ta' arja jidentifika limiti partikolari li fihom l-ispallazzjoni taċċellera għal rati inaċċettabbli. Inaċċettabbli: tnaqqija konsistenti tal-ħajt > 0.05mm għal kull 1000 ċiklu. (Dan inaqqas għal għant ta '1.0mm għal 0.7mm wara 6000 ċiklu, li huwa madwar 5 snin bi 3 ċikli kuljum).

L-Ogħla taċ-Ċiklu Temperatura It-Tbandil tat-Temperatura għal kull Ċiklu Ċikli għall-Ewwel Ossidu ta' Spallation Ħxuna fil-Ħitan ta' Spallation Tirqaq għal kull Event ta' Spallazzjoni Ċikli għal 0.7 mm Ħajt li jifdal (telf ta' 30%) 500 grad 400 grad (100 grad sa 500 grad) 2,06 – {0} 3,06 {0} {0} microns mikroni 15,000 – 30,000 600 grad 500 grad (100 grad sa 600 grad ) 500 – 800 4 – 5 mikroni 2 – 3 mikroni 3,000 – 6,000 650 grad 550 grad sa 600 grad (1000 grad) 400 3 – 4 mikroni 2 – 4 mikroni 1,500 – 3,000 700 grad 600 grad (100 grad sa 700 grad ) 100 – 200 3 – 4 mikroni 3 – 5 mikroni 800 – 1,{5150} grad (gradi{10} sa 700}) grad ) 50 – 100 2 – 3 mikroni 4 – 6 mikroni 400 – 800 800 grad 700 grad (100 grad sa 800 grad ) 20 – 50 2 – 3 mikroni 5 – 8 mikroni 200 – 400
For 1.0 mm sheath, peak temperature 650°C and 3 cycles per day (approximately 1,000 cycles per year), spallation would result in a wall thickness reduction of 0.02–0.04 mm/year, leaving the sheath at 0.7 mm after 5–8 years. This may be tolerable for many purposes. At 750°C peak, the same cycle frequency accelerates the thinning to 0.05–0.10 mm/year, resulting in a life of 2–4 years. At 800°C peak, life is 1–2 years. The essential threshold for undesirable spallation (wall thinning >0.05 mm per 1000 cycles) is at around 700°C peak temperature with cycles >300 grad swing. 'l fuq minn dan il-limitu għant ta' 1.0 mm jitlef il-materjal b'rata aktar mgħaġġla milli jistennew ħafna mill-utenti industrijali.

1.0 mm Sheath Safe Operating Envelope fis-Servizz ta 'l-Ajru Ċikliku
L-envelop operattiv sikur għal għant 1.0 mm 316 għal dazju ċikliku ta 'tisħin ta' l-arja huwa mogħti fit-tabella hawn taħt. Il-bażi hija tnaqqija tollerabbli tal-ħajt ta 'inqas minn 0.03 mm għal kull 1,000 ċiklu (0.1 mm kull 3,000 ċiklu jew madwar 10% telf fuq 5 snin b'2 ċikli kuljum).

Peak Sheath Temperatura tal-wiċċ Max. Ċikli Rakkomandati għal kull Jum Max. Ċikli Totali Rakkomandati Matul il-Ħajja tas-Servizz Tnaqqija tal-Ħitan Mistennija Wara Max. Ċikli Azzjoni Rakkomandata Lil hinn minn Dawn il-Limiti
Sa 500°C 10 50,000 Taħt 0.05 mm 316 aċċettabbli; kwalunkwe frekwenza taċ-ċiklu 500 – 550°C 5 25,000 0.05 – 0.10 mm Aċċettabbli għall-biċċa l-kbira tas-servizz industrijali
550 – 600°C 3 15,000 0.10 – 0.15 mm Immonitorja l-ħxuna tal-ħajt perjodikament 600 – 650°C 2 10,000 0.15 – 0.25 mm Ikkunsidra Incoloy 800H għal ħajja itwal 650 – 700°C 1 5, – {3. aġġornament rakkomandat 700 – 750°C 0.5 2,500 0.30 – 0.50 mm 316 mhux rakkomandat
>750°C Mhux rakkomandat Mhux applikabbli Spallazzjoni rapida Ħiter taċ-ċeramika jew Incoloy 800H
Incoloy 800H joffri reżistenza ogħla għall-ossidazzjoni fejn l-applikazzjonijiet jeħtieġu l-ogħla temperaturi tal-għant li jaqbżu 650 ° C u aktar minn 2 ċikli kuljum. Il-liga toħloq ossidu li qed jiżviluppa aktar bil-mod, aktar aderenti li jinfirex fi ħxuna ħafna akbar (10-15 mikron) u temperaturi (aktar minn 850 ° C). fuq eżempju, għant Incoloy 800H ta’ 1.0 mm f’750°C b’5 ċikli/jum se jgħaddi minn traqqiq tal-ħajt<0.05 mm over 10,000 cycles - five to ten times better than 316.

Bidliet fid-Disinn biex Tnaqqas l-Ispallazzjoni f'Għatjiet Irqiq-Walled
Tliet bidliet fid-disinn jistgħu jbaxxu r-rati ta' spallation meta għant ta' 1.0 mm 316 irid jitħaddem f'servizz ta' l-arja ċikliku qrib jew lil hinn mil-limiti rakkomandati. L-ewwel huwa li tuża trattament ta' qabel-ossidazzjoni. It-tħaddim tal-heater fit-temperatura massima għal 100–200 siegħa qabel it-tħaddim ċikliku jwassal għal ossidu eħxen u aktar adeżiv li huwa inqas probabbli li jinqasam mill-ossidu rqiq li jifforma matul iċ-ċikli bikrija. It-tieni bidla hija li tnaqqas ir-rata tat-tkessiħ. Tkessiħ rapidu minn 700 grad għal temperatura tal-kamra jikkawża xokk termali u spallation. Tużax tkessiħ bl-arja sfurzata. L-ispallazzjoni titnaqqas bi 30-50% bi tkessiħ naturali f'arja kwieta. Il-bidla finali hija li lustrar il-wiċċ tal-għant għal shine mera ta 'inqas minn 0.2 mikron Ra. Uċuħ aktar lixx iwasslu għal ossidi tal-ħbub ifjen-li huma aktar aderenti minn ossidi żviluppati fuq ħarxa, bħala-uċuħ mimlijin. Ir-rati ta 'spallation ta' 316 għantijiet elettropolished huma 40-60% inqas minn dawk ta 'kisi swaged taħt l-istess ċirkustanzi taċ-ċiklu. Għall-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet tat-tisħin tal-arja industrijali taħt il-quċċata ta '650 °C, għant ta' 1.0 mm 316 jippreżenta ħajja ta 'servizz sodisfaċenti ta' 5-10 snin bi frekwenzi taċ-ċiklu tollerabbli. 'Il fuq minn 650 ° C, għandha tiġi aċċettata ħajja mnaqqsa, jew il-frekwenza taċ-ċiklu għandha titnaqqas, jew għandha tintuża liga aktar reżistenti għall-ossidazzjoni. Meta tispeċifika ħiters għal servizz ċikliku ta 'l-arja, dejjem iddikjara l-ogħla temperatura mbassra tal-għant, il-frekwenza taċ-ċiklu u l-ħajja tas-servizz ippjanata. Manifattur li jissuġġerixxi 316 għal servizz 750C mingħajr ma jsemmi spallation u tnaqqija tal-ħajt mhux qed jagħti pariri kompluti dwar l-inġinerija. It-telf uniformi tal-ħxuna tal-ħajt minħabba l-ispallazzjoni tal-ossidu huwa prevedibbli u kkontrollat, iżda għandu jitqies fit-tbassir tal-ħajja tas-servizz, speċjalment għal għantijiet tal-ħajt irqiq fejn kull mikron ta 'materjal mitluf jgħodd.