Skābeņskābi (H₂C₂O4) 10% koncentrācijā un paaugstinātā temperatūrā (60–80 grādi) parasti izmanto metāla tīrīšanai, rūsas noņemšanai un noteiktos ķīmiskos procesos. Titānam ir neliela pretestība skābeņskābē; pasīvā plēve ir stabila tikai rūpīgi kontrolētos apstākļos. Kad titāna apvalks tiek cikliski uzkarsēts un atdzesēts, -paaugstinās līdz darba temperatūrai un pazeminās līdz apkārtējai Paaugstināšanas ātrums (temperatūras izmaiņu grādi minūtē) tieši nosaka termiskā sprieguma lielumu un kumulatīvo bojājumu ciklā. Ātrāks rampēšanas ātrums rada lielākus momentānus termiskos gradientus visā caurules sieniņā, palielinot spriegumu un samazinot ciklu skaitu pirms plaisas rašanās.

Termiskā cikla krekinga mehānisms skābeņskābē

Sildīšanas laikā temperatūras gradienta dēļ titāna caurules iekšējā siena izplešas pirms ārējās sienas. Šī diferenciālā izplešanās rada stiepes spriegumu uz ārējās virsmas. 10% skābeņskābē 70 grādu temperatūrā pasīvā plēve jau ir pakļauta ķīmiskai iedarbībai. Stiepes spriegums atver mikroskopiskus defektus plēvē, ļaujot skābei sasniegt tukšo titānu. Šajos stresa punktos notiek lokalizēta izšķīšana. Atdzesējot, ārējā virsma saraujas ātrāk, radot iekšējai virsmai stiepes spriegumu. Turp-un-stresa velosipēds pakāpeniski padziļina uzbrukuma vietas mikro{10}}plaisās. Kad plaisa sasniedz kritisko dziļumu (parasti 10–20% no sienas biezuma), tā ātri izplatās pa atlikušo sienu. Paaugstināšanas ātrums kontrolē termiskā sprieguma lielumu; ātrāka slīpēšana palielina temperatūras gradientu un paātrina plaisu rašanos.

Kvantitatīvā saistība starp pieauguma ātrumu un cikliem līdz neveiksmei

Kontrolētā cikliskā testēšana 10% skābeņskābē 70 grādu temperatūrā (cikls: no 20 līdz 70 grādiem un atpakaļ) 2. pakāpes titānam ar 1,2 mm sieniņu biezumu ir noteikusi šādus ciklus līdz neveiksmei:

Paaugstināšanas ātrums 0,5 grādi/min (ļoti lēns, 100 minūtes, lai uzsildītu, 100 minūtes, lai atdzesētu): termiskais spriegums 15–20 MPa. Cikli līdz atteicei 2500–3500. Plaisu ierosināšana notiek pēc 2000 cikliem. Plaisas izplatās starpgraudu veidā.

Paaugstināšanas ātrums 2 grādi/min (lēns, 25 minūtes karstums, 25 minūtes vēss): termiskais spriegums 35–45 MPa. Cikli līdz atteicei 800–1200. Tipiski labi-kontrolētiem pakešu procesiem.

Paaugstināšanas ātrums 5 grādi/min (mērens, 10 minūtes karsts, 10 vēss): termiskais spriegums 60–75 MPa. Cikli līdz neveiksmei 300–500. Plaisu ierosināšana pēc 150–250 cikliem.

Paaugstināšanas ātrums 10 grādi/min (ātrs, 5 minūtes karsts, 5 vēss): termiskais spriegums 100–120 MPa. Cikli līdz neveiksmei 80–150. Plaisas izplatās transgranulāri. Nav ieteicams.

Paaugstināšanas ātrums 20 grādi/min (ļoti ātri, 2,5 minūtes karstuma, 2,5 vēsa): termiskais spriegums pārsniedz 150 MPa. Cikli līdz atteicei zem 30. Termiskā trieciena apstākļi izraisa tūlītēju mikro-plaisāšanu.

Sienas biezuma un temperatūras svārstību ietekme

Rampinga ātruma mijiedarbība ir atkarīga no sienas biezuma un temperatūras svārstībām. Biezāka siena (1,5 mm) piedzīvo lielāku termisko spriegumu ar tādu pašu slīpuma ātrumu, jo temperatūras gradients biezākajā daļā ir lielāks. Ja paaugstināšanas ātrums ir 5 grādi/min, cikli līdz atteicei samazinās no 400 (1,2 mm siena) līdz 250 (1,5 mm siena) līdz 150 (2,0 mm siena). Lielākas temperatūras svārstības (piemēram, no 20 grādiem līdz 90 grādiem pret . 20 grādiem līdz 70 grādiem) arī samazina ciklus līdz atteicei proporcionāli temperatūras starpības kvadrātam.

Paaugstināšanas ātruma izvēles rokasgrāmata skābeņskābes pakalpojumam

Nākamajā tabulā ir sniegta lēmumu sistēma, lai izvēlētos vai kontrolētu termiskās paaugstināšanas ātrumus, pamatojoties uz vēlamo cikla kalpošanas laiku un sildītāja ģeometriju.

Inženierzinātnes, kas nav saistītas ar ātruma kontroli

Titāna sakausējuma pakāpe būtiski maina termiskā cikla plaisāšanas izturību. 7. pakāpe (pallādija -stabilizēta) saglabā labāku pasīvās plēves stabilitāti termiskās cikla laikā, palielinot ciklu skaitu līdz atteicei par 50–100% ar tādu pašu pieauguma ātrumu. 12. pakāpe (molibdēns{7}}niķelis) piedāvā vidējo uzlabojumu par 30–50%. Svarīga ir arī skābeņskābes koncentrācija; pie 5% skābeņskābes, cikli līdz neveiksmei palielinās par 2–3, salīdzinot ar 10%. Ja ir 15% skābeņskābes, cikli līdz neveiksmei samazinās par 60–70%. Sildīšanas metode ietekmē rampēšanu: elektriskie sildītāji var darboties ātrāk nekā tvaika{20}}apsildes sistēmas. Ja procesa iemeslu dēļ ir nepieciešama ātra paaugstināšana, norādiet mazāku vatu blīvumu (10 W/cm², nevis 20 W/cm²), lai samazinātu temperatūras gradientu pāri sienai pie jebkura noteiktā paaugstināšanas ātruma.

Apzinātas specifikācijas izveide

Norādot titāna apvalka sildītāju cikliskai darbībai 10% skābeņskābē, procesa kontroles dokumentācijā iekļaujiet prasību par maksimālo paaugstināšanas ātrumu. Tipiskām sērijveida operācijām, kas paredz 1000 ciklus sildītāja kalpošanas laikā, norādiet maksimālo paaugstināšanas ātrumu 2 grādi/min. Uzstādiet programmējamu temperatūras regulatoru ar rampas{6}}temperatūras ierobežojumu, lai novērstu operatora- izraisītu ātru uzsilšanu vai dzesēšanu. Dzesēšanas rampēšanai dabiskā konvekcija parasti ir lēnāka nekā piespiedu dzesēšana; izvairieties no sildītāja dzēšanas ar aukstu ūdeni vai aukstu skābi, jo tas rada dzesēšanas ātrumu, kas pārsniedz 20 grādus minūtē. Darbības laikā uzraugiet sildītāja elektrisko pretestību; pieaugums par 5–10% norāda uz mikroplaisu veidošanos, kam nepieciešama pārbaude. Ja plaisas tiek atklātas pirms caur-sienas iespiešanās, sildītāju var pārtraukt ekspluatēt bez procesa piesārņojuma. Kontrolējot termiskās paaugstināšanas ātrumu kā kritisku darbības parametru, inženieris pagarina titāna sildītāju ciklisko kalpošanas laiku nedaudz kodīgās skābeņskābes vidēs.