Kako nivo hladnog rada (5% naspram. 20% smanjenja) cijevi grijača od titanijuma prije žarenja mijenja veličinu rekristaliziranog zrna i kasniju otpornost na pucanje od termičkog zamora na zraku na 300 stepeni?

Poprečni presjek cijevi grijača od titanijuma se smanjuje za određeni postotak hladnim izvlačenjem prije konačnog žarenja u proizvodnji cijevi grijača od titanijuma. Pokretački faktor za rekristalizaciju tokom žarenja je obim hladnog rada. Velika rekristalizovana zrna ASTM 4–5 (prečnika 80–120 μm) nastaju pri niskom hladnom radu od 5%. Pri visokom stepenu hladnog rada dobijaju se 20% finih rekristalizovanih zrna ASTM 8-10 (prečnika 11-22 µm). Finozrnati materijal u vazduhu na 300 stepeni pokazuje 3-5 puta veću otpornost na pucanje usled termičkog zamora zbog veće granične površine zrna koja je dostupna za smeštaj cikličkog termičkog naprezanja i otpornosti na širenje prsline u manjim zrnima.

Otpornost na toplotni zamor i mehanizam uticaja na veličinu zrna

Titanijumska cijev bubri i skuplja se tokom termalnog ciklusa na 300 stepeni. Klizanje i klizanje po granici zrna prilagođavaju ciklično naprezanje. Fino{3}}materijal ima više granica zrna po jedinici zapremine, pa je deformacija ujednačenija. Nastanak pukotine se odvija na kliznim trakama i granicama zrna, manja zrna smanjuju dužinu klizanja i koncentraciju naprezanja na granicama zrna. Brzina širenja loma uslijed zamora slijedi da/dN ∝ d^0,5, gdje je d veličina zrna. Prepolovljenje prečnika zrna dalo je 30% smanjenje brzine širenja loma. Osim toga, sitna zrna su veće prepreke rastu pukotina jer pukotine moraju mijenjati smjer i rasipati energiju.

Kvantitativni hladni rad u odnosu na rekristalizovanu veličinu zrna

Sledeće rekristalizovane veličine zrna su određene kontrolisanim žarenjem titanijumskih cevi stepena 2 na 700 stepeni tokom 30 minuta nakon različitih stepeni hladnog rada. Rekristalizovana veličina zrna pri 5% hladnog rada je ASTM 3–5 (prečnik 50–125 µm), a tvrdoća nakon žarenja je 160–180 HV. Veličina zrna je ASTM 5-7 (32-64 mikrona), a tvrdoća je 170-190 HV pri 10% hladnog rada. Veličina zrna je ASTM 7-8 (22-45 m) nakon 15% hladnog rada, a tvrdoća je 180-200 HV. Kod 20% hladnog rada veličina zrna je ASTM 8 – 9 (16 – 32 μm), a tvrdoća je 190 – 210 HV. Veličina zrna pri 30% hladnog rada je ASTM 9–10 (11–22 µm), a tvrdoća je 200–220 HV. Veličina zrna je ASTM 10-11 (8-16 µm), a tvrdoća je 210-230 HV pri 40% hladnog rada.

Zavisnost vijeka trajanja od 300 stupnjeva termičkog zamora od veličine zrna

Dubina pukotina od toplotnog zamora za titanijum stepena 2 određena je cikličnim ispitivanjem na vazduhu na 300 stepeni sa temperaturnim kolebanjem od 250 stepeni (50 stepeni do 300 stepeni) za 10.000 ciklusa. Dubina prsline nakon 10.000 ciklusa je 150-300 μm za ASTM veličinu zrna 3-5 (5% hladnog rada), a vijek trajanja zamora do pukotine od 1 mm je 30.000-50.000 ciklusa. ASTM veličina zrna 5–7 (10 % hladni rad) daje dubinu pukotine od 80–150 µm i vijek trajanja do 1 mm od 60.000–100.000 ciklusa. ASTM veličina zrna 7-8 (15% hladni rad) Dubina pukotine: 40-80 um Životni vijek do 1 mm: 120.000-200.000 ciklusa. Za ASTM veličinu zrna 8-9 (20% hladan rad) dubina pukotine je 20-40 mikrona Životni vek do 1 mm je 250.000-400.000 ciklusa. Dubina pukotine je 10-20 µm za ASTM veličinu zrna 9-10 (30% hladni rad). Životni vek do 1 mm je veći od 500.000 ciklusa.

Tabela hladnog rada i odabira veličine zrna za vazdušni servis na 300 stepeni

Donja tabela daje preporučenu količinu prethodnog hladnog rada i rezultujuću veličinu zrna za titanijumske grejače za rad na vazduhu na 300 stepeni, u zavisnosti od procenjenog broja termičkih ciklusa i prihvatljivog veka trajanja.

Željeni vijek trajanja zamora (ciklusi do pukotine od 1 mm) Očekivani termički ciklusi tokom radnog vijeka Preporučeni prethodni hladni rad (%) Rezultirajuća veličina zrna (ASTM) Očekivana dubina pukotine nakon 10.000 ciklusa (µm)<30,000 >30,000 5 3-5 150-300 30,000-60,000 >60,000 10 5-7 80-150 60,000-120,000 >120,000 15 7-8 40-80 120,000-250,000 >250,000 20 8-9 20-40 >250,000 >500,000 30 9-10 10-20 Inženjering izvan kontrole hladnog rada

The recrystallization behavior is dependent on the titanium grade. Grade 7 recrystallizes at a slightly higher temperature than Grade 2 due to the presence of palladium, but the final grain size for a given amount of cold work is similar. Grade 5 (Ti-6Al-4V) does not completely recrystallize under these conditions. Wall thickness does not directly affect grain size, but does affect crack propagation time. A 2.0 mm wall with a 20 µm crack has 98% of its wall remaining. The grain size is also affected by the annealing temperature and duration . A higher temperature or longer time coarsens the grains . Cold work > 20% is excellent for optimal thermal fatigue resistance. Too much cold labor (>40%) može dovesti do pucanja tokom izvlačenja.

Pisanje pametne specifikacije

Odredite nivo prethodnog hladnog rada od 20-30% prije završnog žarenja za cijev grijača od titanijuma koja radi na zraku na 300 stepeni sa velikim termičkim ciklusom. Potrebna je maksimalna rekristalizovana veličina zrna ASTM 8 ili finija. Hladni rad od 10 do 15% je prihvatljiv za aplikacije za koje se predviđa da imaju manje od 60.000 ciklusa. Za teške cikluse (dnevni početak{11}}zaustavljanje 10 godina, ~3.650 ciklusa), razlika između ASTM 5 i ASTM 8 je zanemarljiva i dovoljan je standardni rad na hladnom. • Za kritične primjene gdje će doći do brzog termičkog ciklusa (mnogo ciklusa dnevno), navedite 30% hladnog rada i ASTM veličinu zrna 9 ili manje. Inženjer kontrolira količinu hladnog rada prije žarenja kako bi upravljao veličinom zrna kako bi se dobila odgovarajuća otpornost na termički zamor na 300 stepeni.