กรดออกซาลิก (H₂C₂O₄) ที่ความเข้มข้น 10% และอุณหภูมิสูง (60–80 องศา ) มักใช้ในการทำความสะอาดโลหะ การกำจัดสนิม และกระบวนการทางเคมีบางอย่าง ไทเทเนียมมีความต้านทานเล็กน้อยในกรดออกซาลิก ฟิล์มพาสซีฟจะเสถียรภายใต้สภาวะที่ได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังเท่านั้น เมื่อปลอกไทเทเนียมผ่านการให้ความร้อนและความเย็นแบบเป็นรอบ-การขึ้นไปจนถึงอุณหภูมิใช้งานและลดลงจนถึงความเค้นจากความร้อนโดยรอบ-รวมกับการโจมตีทางเคมีเพื่อสร้างโหมดความล้มเหลวที่แตกต่างกัน ซึ่งก็คือ การแตกร้าวของวงจรความร้อน อัตราการไล่ระดับ (องศาต่อนาทีของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ) จะกำหนดขนาดของความเครียดจากความร้อนและความเสียหายสะสมต่อรอบโดยตรง อัตราการไล่ระดับที่เร็วขึ้นทำให้เกิดการไล่ระดับความร้อนทันทีทั่วผนังท่อที่สูงขึ้น เพิ่มความเครียดและลดจำนวนรอบก่อนที่จะเกิดรอยแตกร้าว

กลไกการแตกร้าวของวัฏจักรความร้อนในกรดออกซาลิก

ในระหว่างการทำความร้อน ผนังด้านในของท่อไทเทเนียมจะขยายออกก่อนผนังด้านนอกเนื่องจากการไล่ระดับของอุณหภูมิ การขยายตัวแบบดิฟเฟอเรนเชียลนี้ทำให้เกิดความเค้นแรงดึงที่พื้นผิวด้านนอก ในกรดออกซาลิก 10% ที่ 70 องศา ฟิล์มแฝงอยู่ภายใต้การโจมตีทางเคมีแล้ว ความเค้นดึงจะเปิดข้อบกพร่องระดับจุลภาคในฟิล์ม ส่งผลให้กรดเข้าถึงไททาเนียมเปลือยได้ การละลายเฉพาะจุดเกิดขึ้นที่จุดความเครียดเหล่านี้ เมื่อเย็นตัวลง พื้นผิวด้านนอกจะหดตัวเร็วขึ้น ทำให้เกิดแรงดึงที่พื้นผิวด้านใน การวนซ้ำของความเครียดกลับไป-และ-ทำให้จุดโจมตีลึกลงจนกลายเป็นรอยแตกขนาดเล็ก เมื่อรอยแตกร้าวถึงระดับความลึกวิกฤต (โดยทั่วไปคือ 10–20% ของความหนาของผนัง) รอยแตกนั้นจะแพร่กระจายอย่างรวดเร็วผ่านผนังที่เหลือ อัตราการไล่ระดับจะควบคุมขนาดของความเครียดจากความร้อน การไล่ระดับเร็วขึ้นจะเพิ่มการไล่ระดับอุณหภูมิและเร่งการเริ่มต้นของรอยแตกร้าว

ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างอัตราการเพิ่มความเร็วและรอบจนถึงความล้มเหลว

การทดสอบแบบวนรอบแบบควบคุมในกรดออกซาลิก 10% ที่ 70 องศา (รอบ: 20 องศาถึง 70 องศาและด้านหลัง) ได้กำหนดรอบความล้มเหลวสำหรับไทเทเนียมเกรด 2 ที่มีความหนาของผนัง 1.2 มม. ดังต่อไปนี้:

อัตราการไล่ระดับ 0.5 องศา/นาที (ช้ามาก, ทำความร้อน 100 นาที, เย็น 100 นาที): ความเครียดจากความร้อน 15–20 MPa รอบไปสู่ความล้มเหลว 2,500–3,500 การเริ่มต้นการแคร็กเกิดขึ้นหลังจาก 2,000 รอบ รอยแตกกระจายไปตามขอบเกรน

อัตราการไล่ระดับ 2 องศา/นาที (ช้า ความร้อน 25 นาที ความเย็น 25 นาที): ความเครียดจากความร้อน 35–45 MPa รอบไปสู่ความล้มเหลว 800–1,200 โดยทั่วไปสำหรับ-กระบวนการแบตช์ที่ได้รับการควบคุมอย่างดี

อัตราการไล่ระดับ 5 องศา/นาที (ปานกลาง ความร้อน 10 นาที ความเย็น 10 นาที): ความเครียดจากความร้อน 60–75 MPa รอบไปสู่ความล้มเหลว 300–500 การเริ่มต้นแคร็กหลังจาก 150–250 รอบ

อัตราการไล่ระดับ 10 องศา/นาที (เร็ว ทำความร้อน 5 นาที เย็น 5 นาที): ความเครียดจากความร้อน 100–120 MPa รอบไปสู่ความล้มเหลว 80–150 รอยแตกร้าวแพร่กระจายแบบ transgranular ไม่แนะนำ.

อัตราการไล่ระดับ 20 องศา/นาที (เร็วมาก ทำความร้อน 2.5 นาที เย็น 2.5 นาที): ความเครียดจากความร้อนเกิน 150 MPa รอบจนถึงความล้มเหลวที่ต่ำกว่า 30 สภาวะการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิฉับพลันทำให้เกิดการแตกร้าวระดับไมโคร-ทันที

ผลของความหนาของผนังและการแกว่งของอุณหภูมิ

ปฏิสัมพันธ์ของอัตราการไล่ขึ้นอยู่กับความหนาของผนังและการแกว่งของอุณหภูมิ ผนังที่หนากว่า (1.5 มม.) ประสบกับความเครียดจากความร้อนที่สูงขึ้นที่อัตราการไล่ระดับเท่ากัน เนื่องจากการไล่ระดับของอุณหภูมิทั่วทั้งส่วนที่หนากว่านั้นมีขนาดใหญ่กว่า สำหรับอัตราการไล่ระดับ 5 องศา/นาที รอบถึงความล้มเหลวจะลดลงจาก 400 (ผนัง 1.2 มม.) เป็น 250 (ผนัง 1.5 มม.) เป็น 150 (ผนัง 2.0 มม.) การแกว่งของอุณหภูมิที่มากขึ้น (เช่น 20 องศาถึง 90 องศา เทียบกับ. 20 องศาถึง 70 องศา ) ยังช่วยลดรอบไปสู่ความล้มเหลวตามสัดส่วนกำลังสองของความแตกต่างของอุณหภูมิ

คู่มือการเลือกอัตราการเพิ่มความเร็วสำหรับบริการกรดออกซาลิก

ตารางต่อไปนี้แสดงกรอบการตัดสินใจสำหรับการเลือกหรือควบคุมอัตราการเพิ่มความร้อนตามอายุการใช้งานและรูปทรงของเครื่องทำความร้อนที่ต้องการ:

วิศวกรรมที่เหนือกว่าการควบคุมอัตราการก้าวกระโดด

เกรดโลหะผสมไทเทเนียมช่วยปรับเปลี่ยนความต้านทานการแตกร้าวของวงจรความร้อนได้อย่างมาก เกรด 7 (แพลเลเดียม-เสถียร) รักษาความเสถียรของฟิล์มพาสซีฟที่ดีขึ้นในระหว่างการหมุนเวียนด้วยความร้อน โดยเพิ่มรอบจนถึงความล้มเหลว 50–100% ที่อัตราการไล่ระดับเท่าเดิม เกรด 12 (โมลิบดีนัม-นิกเกิล) ให้การปรับปรุงระดับกลาง 30–50% ความเข้มข้นของกรดออกซาลิกก็มีความสำคัญเช่นกัน ที่กรดออกซาลิก 5% รอบจนถึงความล้มเหลวเพิ่มขึ้น 2–3 เท่าเมื่อเทียบกับ 10% ที่กรดออกซาลิก 15% รอบถึงความล้มเหลวจะลดลง 60–70% วิธีการทำความร้อนมีอิทธิพลต่อการไล่ระดับ: เครื่องทำความร้อนไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนความเร็วได้เร็วกว่า-ระบบให้ความร้อนด้วยไอน้ำ หากจำเป็นต้องมีการไล่ระดับอย่างรวดเร็วด้วยเหตุผลของกระบวนการ ให้ระบุความหนาแน่นของวัตต์ที่ต่ำกว่า (10 วัตต์/ซม.² แทนที่จะเป็น 20 วัตต์/ซม.²) เพื่อลดการไล่ระดับอุณหภูมิทั่วทั้งผนังด้วยอัตราการไล่ระดับที่กำหนด

จัดทำข้อกำหนดเฉพาะ

เมื่อระบุเครื่องทำความร้อนแบบเปลือกไทเทเนียมสำหรับการบริการแบบวนในกรดออกซาลิก 10% ให้รวมข้อกำหนดอัตราการเปลี่ยนความเร็วสูงสุดไว้ในเอกสารการควบคุมกระบวนการ สำหรับการทำงานเป็นชุดทั่วไปที่คาดหวัง 1,000 รอบตลอดอายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อน ให้ระบุอัตราการเปลี่ยนความเร็วสูงสุดที่ 2 องศา /นาที ติดตั้งตัวควบคุมอุณหภูมิแบบตั้งโปรแกรมได้โดยมีการจำกัดอัตราทางลาด-เพื่อป้องกันผู้ปฏิบัติงาน-เหนี่ยวนำให้เกิดความร้อนหรือความเย็นอย่างรวดเร็ว สำหรับการระบายความร้อนแบบไล่ระดับ การพาความร้อนตามธรรมชาติมักจะช้ากว่าการทำความเย็นแบบบังคับ หลีกเลี่ยงการดับเครื่องทำความร้อนด้วยน้ำเย็นหรือกรดเย็น เนื่องจากจะทำให้อัตราการทำความเย็นเพิ่มขึ้นเกิน 20 องศา/นาที ระหว่างการทำงาน ให้ตรวจสอบความต้านทานไฟฟ้าของเครื่องทำความร้อน การเพิ่มขึ้น 5–10% บ่งชี้ถึงการเกิดรอยแตกขนาดเล็ก-ที่ต้องมีการตรวจสอบ หากตรวจพบรอยแตกก่อน-เจาะผนัง เครื่องทำความร้อนสามารถถอดออกจากบริการได้โดยไม่มีการปนเปื้อนในกระบวนการ ด้วยการควบคุมอัตราการเพิ่มความร้อนเป็นพารามิเตอร์การทำงานที่สำคัญ วิศวกรจึงยืดอายุวงจรของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมในสภาพแวดล้อมของกรดออกซาลิกที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเล็กน้อย