Како ниво хладног рада (5% наспрам. 20% смањења) цеви грејача од титанијума пре жарења мења величину рекристализованог зрна и накнадну отпорност на пуцање услед топлотног замора на ваздуху на 300 степени?

Пресек цеви грејача од титанијума се смањује за одређени проценат хладним извлачењем пре коначног жарења у производњи цеви грејача од титанијума. Покретачки фактор за рекристализацију током жарења је обим хладног рада. Крупна рекристализована зрна АСТМ 4–5 (пречник 80–120 μм) настају при ниском хладном раду од 5%. При високом нивоу хладног рада добијају се 20% финих рекристализованих зрна АСТМ 8-10 (пречник 11-22 µм). Финозрнати материјал на ваздуху на 300 степени показује 3-5 пута већу отпорност на пуцање услед термичког замора због веће граничне површине зрна која је доступна за смештај цикличког термичког напрезања и отпорности на ширење прслине у мањим зрнима.

Отпорност на топлотни замор и механизам утицаја на величину зрна

Титанијумска цев бубри и скупља се током термичког циклуса на 300 степени. Клизање и клизање по граници зрна прилагођавају циклично напрезање. Фино-материјал има више граница зрна по јединици запремине па је деформација уједначенија. Покретање прслине се дешава на клизним тракама и границама зрна, мања зрна смањују дужину клизања и концентрацију напона на границама зрна. Брзина ширења лома услед замора прати да/дН ∝ д^0,5, где је д величина зрна. Преполовљење пречника зрна дало је 30% смањење брзине ширења лома. Осим тога, фина зрна су веће препреке за раст пукотина јер пукотине морају да мењају правац и да расипају енергију.

Квантитативни хладни рад у односу на рекристализовану величину зрна

Следеће рекристализоване величине зрна су одређене контролисаним жарењем титанијумских цеви степена 2 на 700 степени у трајању од 30 минута након различитих степена хладног рада. Рекристализована величина зрна при 5% хладног рада је АСТМ 3–5 (пречник 50–125 µм), а тврдоћа након жарења је 160–180 ХВ. Величина зрна је АСТМ 5-7 (32-64 микрона), а тврдоћа је 170-190 ХВ при 10% хладног рада. Величина зрна је АСТМ 7-8 (22-45 м) након 15% хладног рада и тврдоћа је 180-200 ХВ. Код 20% хладног рада величина зрна је АСТМ 8 – 9 (16 – 32 μм), а тврдоћа је 190 – 210 ХВ. Величина зрна при 30% хладног рада је АСТМ 9–10 (11–22 µм), а тврдоћа је 200–220 ХВ. Величина зрна је АСТМ 10-11 (8-16 µм), а тврдоћа је 210-230 ХВ при 40% хладног рада.

Зависност животног века топлотног замора од 300 степени од величине зрна

Дубина пукотина од топлотног замора за титанијум степена 2 одређена је цикличним испитивањем у ваздуху на 300 степени са температурним колебањем од 250 степени (50 степени до 300 степени) током 10.000 циклуса. Дубина прслине након 10.000 циклуса је 150–300 μм за АСТМ величину зрна 3–5 (5% хладан рад), а век замора до прслине од 1 мм је 30.000–50.000 циклуса. АСТМ величина зрна 5–7 (10 % хладни рад) даје дубину пукотине од 80–150 µм и животни век до 1 мм од 60.000–100.000 циклуса. АСТМ величина зрна 7-8 (15% хладни рад) Дубина пукотине: 40-80 ум Живот до 1 мм: 120.000-200.000 циклуса. За АСТМ величину зрна 8-9 (20% хладан рад) дубина пукотине је 20-40 микрона Животни век до 1 мм је 250.000-400.000 циклуса. Дубина пукотине је 10-20 µм за АСТМ величину зрна 9-10 (30% хладан рад). Животни век до 1 мм је већи од 500.000 циклуса.

Табела хладног рада и одабира величине зрна за ваздушну услугу на 300 степени

Табела испод даје препоручену количину претходног хладног рада и резултујућу величину зрна за цеви грејача од титанијума за рад на ваздуху на 300 степени, у зависности од процењеног броја термичких циклуса и прихватљивог века трајања замора.

Жељени век трајања замора (циклуси до пукотине од 1 мм) Очекивани термички циклуси током радног века Препоручени претходни хладни рад (%) Резултујућа величина зрна (АСТМ) Очекивана дубина прслине након 10.000 циклуса (µм)<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 Инжењеринг изван контроле хладног рада

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%) може довести до пуцања током цртања.

Писање паметне спецификације

Одредите ниво претходног хладног рада од 20–30% пре коначног жарења за цев од титанијумског грејача која ради на ваздуху на 300 степени са великим термичким циклусом. Потребна је максимална рекристализована величина зрна АСТМ 8 или финија. Хладни рад од 10 до 15% је прихватљив за апликације за које се предвиђа да имају мање од 60.000 циклуса. За тешке циклусе (дневни почетак{11}}заустављање током 10 година, ~3.650 циклуса), разлика између АСТМ 5 и АСТМ 8 је занемарљива и довољан је стандардни рад на хладном. • За критичне примене где ће доћи до брзог термичког циклуса (много циклуса дневно), наведите 30% хладног рада и АСТМ величину зрна 9 или мање. Инжењер контролише количину хладног рада пре жарења како би управљао величином зрна како би се добила одговарајућа отпорност на топлотни замор на 300 степени.