Оксална киселина (Х₂Ц₂О₄) у концентрацији од 10% и на повишеним температурама (60-80 степени) се обично користи у чишћењу метала, уклањању рђе и одређеним хемијским процесима. Титан испољава маргиналну отпорност у оксалној киселини; пасивни филм је стабилан само под пажљиво контролисаним условима. Када се титанијумски омотач подвргне цикличном загревању и хлађењу-повишењу до радне температуре и спуштању до амбијенталног-термичког напрезања у комбинацији са хемијским нападом да би се произвео посебан начин квара: пуцање термичког циклуса. Брзина повећања (степени у минути промене температуре) директно одређује величину термичког напрезања и кумулативно оштећење по циклусу. Брже стопе повећања стварају веће тренутне термичке градијенте преко зида цеви, повећавајући напрезање и смањујући број циклуса пре почетка пуцања.

Механизам термичког циклуса пуцања у оксалној киселини

Током загревања, унутрашњи зид титанијумске цеви се шири пре спољашњег зида због градијента температуре. Ово диференцијално ширење ствара затезни напон на спољној површини. У 10% оксалне киселине на 70 степени, пасивни филм је већ под хемијским нападом. Затезни напон отвара микроскопске дефекте у филму, омогућавајући киселини да дође до голог титанијума. Локализовано растварање се дешава на овим тачкама стреса. Након хлађења, спољашња површина се брже скупља, стварајући затезни напон на унутрашњој површини. Повратни-и-циклуси стреса прогресивно продубљују места напада у микро-пукотине. Једном када пукотина достигне критичну дубину (обично 10-20% дебљине зида), она се брзо шири кроз преостали зид. Брзина повећања контролише величину термичког напрезања; брже рампинг повећава температурни градијент и убрзава иницирање пукотина.

Квантитативни однос између стопе повећања и циклуса до неуспеха

Контролисано циклично тестирање у 10% оксалне киселине на 70 степени (циклус: 20 степени до 70 степени и назад) је утврдило следеће циклусе до отказа за титанијум степена 2 са дебљином зида од 1,2 мм:

Брзина повећања од 0,5 степени/мин (веома споро, 100 минута за загревање, 100 за хлађење): Топлотни напон од 15–20 МПа. Циклуси до отказа 2.500–3.500. Покретање пукотине се јавља након 2.000 циклуса. Пукотине се шире интергрануларно.

Брзина повећања од 2 степена/мин (споро, 25 минута грејање, 25 хлађење): Топлотни напон од 35–45 МПа. Циклуси до отказа 800–1.200. Типично за добро-контролисане групне процесе.

Брзина повећања од 5 степени/мин (умерено, 10 минута топлоте, 10 хладно): Топлотни напон од 60–75 МПа. Циклуси до отказа 300–500. Настанак пукотине након 150–250 циклуса.

Брзина повећања од 10 степени/мин (брзо, 5 минута грејање, 5 хлађење): Топлотни напон од 100–120 МПа. Циклуси до отказа 80–150. Пукотине се шире трансгрануларно. Не препоручује се.

Брзина повећања од 20 степени/мин (веома брзо, 2,5 минута загревања, 2,5 хлађења): Топлотни напон прелази 150 МПа. Циклуси до отказа испод 30. Услови топлотног удара изазивају тренутно микро-пуцање.

Утицај дебљине зида и промене температуре

Интеракција брзине повећања зависи од дебљине зида и промене температуре. Дебљи зид (1,5 мм) доживљава веће термичко напрезање при истој брзини раста јер је температурни градијент преко дебљег пресека већи. За брзину повећања од 5 степени/мин, циклуси до отказа се смањују са 400 (зид од 1,2 мм) на 250 (зид од 1,5 мм) на 150 (зид од 2,0 мм). Већа промена температуре (нпр. 20 степени до 90 степени наспрам. 20 степени до 70 степени) такође смањује циклусе до отказа пропорционално квадрату температурне разлике.

Водич за избор брзине повећања за сервис оксалне киселине

Следећа табела пружа оквир за одлучивање за избор или контролу стопе термичког рампинга на основу жељеног животног века и геометрије грејача:

Инжењеринг изван контроле брзине повећања

Легура титанијума значајно модификује отпорност на пуцање током термичког циклуса. Степен 7 (стабилизован са паладијумом-) одржава бољу стабилност пасивног филма током термичког циклуса, повећавајући циклусе до отказа за 50–100% при истој стопи повећања. Степен 12 (молибден-никл) нуди средње побољшање од 30–50%. Концентрација оксалне киселине је такође важна; при 5% оксалне киселине, циклуси до отказа се повећавају за фактор 2-3 у поређењу са 10%. Са 15% оксалне киселине, циклуси до отказа се смањују за 60–70%. Метода грејања утиче на рампинг: електрични грејачи могу да раде брже од система{20}}грејаних паром. Ако је потребно брзо рампинг због процеса, наведите нижу густину у ватима (10 В/цм² уместо 20 В/цм²) да бисте смањили температурни градијент преко зида при било којој датој брзини рампинга.

Израда информативне спецификације

Када специфицирате грејач титанијумског омотача за цикличну употребу у 10% оксалне киселине, укључите захтев за максималну брзину рампинга у документацију за контролу процеса. За типичне серијске операције које очекују 1000 циклуса током животног века грејача, наведите максималну брзину од 2 степена/мин. Инсталирајте програмабилни регулатор температуре са -ограничењем брзине да бисте спречили брзо загревање или хлађење које је индуковао оператер{7}}. За рампу хлађења, природна конвекција је типично спорија од принудног хлађења; избегавајте гашење грејача хладном водом или хладном киселином, јер то ствара брзину хлађења која прелази 20 степени/мин. Током рада, пратите електрични отпор грејача; повећање од 5–10% указује на формирање микро-прслина које захтевају инспекцију. Ако се пукотине открију пре-продирања у зид, грејач се може повући из употребе без контаминације процеса. Контролишући стопе термичког повећања као критичног радног параметра, инжењер продужава циклични век титанијумских грејача у маргинално корозивним срединама оксалне киселине.