एनीलिंग से पहले टाइटेनियम हीटर ट्यूब का ठंडा कार्य स्तर (5% बनाम . 20% कमी) पुन: क्रिस्टलीकृत अनाज के आकार और उसके बाद 300 डिग्री पर हवा में थर्मल थकान क्रैकिंग के प्रतिरोध को कैसे बदलता है?

टाइटेनियम हीटर ट्यूबों के उत्पादन में अंतिम एनीलिंग से पहले कोल्ड ड्राइंग द्वारा टाइटेनियम हीटर ट्यूबों के क्रॉस सेक्शन को एक निश्चित प्रतिशत से कम किया जाता है। एनीलिंग के दौरान पुनः क्रिस्टलीकरण के लिए प्रेरक कारक ठंडे कार्य की सीमा है। एएसटीएम 4-5 (व्यास 80-120 माइक्रोमीटर) के बड़े पुनर्क्रिस्टलीकृत दाने 5% के कम ठंडे कार्य स्तर पर बनते हैं। ठंडे कार्य के उच्च स्तर पर एएसटीएम 8-10 (व्यास 11-22 µm) के 20% महीन पुनर्क्रिस्टलीकृत दाने प्राप्त होते हैं। 300 डिग्री पर हवा में महीन दाने वाली सामग्री थर्मल थकान क्रैकिंग के लिए 3-5 गुना अधिक मजबूत प्रतिरोध दिखाती है, क्योंकि चक्रीय थर्मल तनाव के समायोजन के लिए बड़ा अनाज सीमा क्षेत्र उपलब्ध होता है और छोटे अनाज में दरार प्रसार के प्रतिरोध होता है।

थर्मल थकान प्रतिरोध और अनाज आकार प्रभाव तंत्र

टाइटेनियम ट्यूब 300 डिग्री पर थर्मल साइक्लिंग के दौरान फूलती और सिकुड़ती है। स्लिप और अनाज सीमा स्लाइडिंग चक्रीय तनाव को समायोजित करती है। महीन कणों वाली सामग्री में प्रति इकाई आयतन में अधिक अनाज सीमाएँ होती हैं इसलिए तनाव अधिक समान होता है। दरार की शुरुआत स्लिप बैंड और अनाज की सीमाओं पर होती है, छोटे दाने स्लिप की लंबाई और अनाज की सीमाओं पर तनाव की सांद्रता को कम कर देते हैं। थकान फ्रैक्चर प्रसार की दर da/dN ∝ d^0.5 का अनुसरण करती है, जहां d दाने का आकार है। अनाज के व्यास को आधा करने से फ्रैक्चर प्रसार दर में 30% की कमी आई। इसके अलावा, बारीक दाने दरारों के विकास में बड़ी बाधाएं हैं क्योंकि दरारों को दिशा बदलनी पड़ती है और ऊर्जा का अपव्यय करना पड़ता है।

मात्रात्मक शीत कार्य बनाम पुनर्क्रिस्टलीकृत अनाज का आकार

विभिन्न डिग्री के ठंडे काम के बाद 30 मिनट के लिए 700 डिग्री पर ग्रेड 2 टाइटेनियम ट्यूबों की नियंत्रित एनीलिंग द्वारा निम्नलिखित पुन: क्रिस्टलीकृत अनाज के आकार निर्धारित किए गए थे। 5% कोल्ड वर्क पर पुनर्क्रिस्टलीकृत अनाज का आकार एएसटीएम 3-5 (व्यास 50-125 µm) है और एनीलिंग के बाद कठोरता 160-180 एचवी है। दाने का आकार एएसटीएम 5-7 (32-64 माइक्रोन) है और 10% ठंडे काम पर कठोरता 170-190 एचवी है। 15% ठंडे काम के बाद दाने का आकार एएसटीएम 7-8 (22-45 मीटर) है और कठोरता 180-200 एचवी है। 20% कोल्ड वर्क पर दाने का आकार एएसटीएम 8 - 9 (16 - 32 माइक्रोमीटर) और कठोरता 190 - 210 एचवी है। 30% कोल्ड वर्क पर दाने का आकार एएसटीएम 9-10 (11-22 µm) और कठोरता 200-220 एचवी है। अनाज का आकार एएसटीएम 10-11 (8-16 µm) है और कठोरता 40% ठंडे काम पर 210-230 एचवी है।

300 डिग्री थर्मल थकान जीवन अनाज के आकार पर निर्भरता

ग्रेड 2 टाइटेनियम के लिए थर्मल थकान दरार की गहराई 10,000 चक्रों के लिए 250 डिग्री (50 डिग्री से 300 डिग्री) के तापमान परिवर्तन के साथ 300 डिग्री पर हवा में चक्रीय परीक्षण द्वारा निर्धारित की गई है। 10,000 चक्रों के बाद दरार की गहराई एएसटीएम अनाज आकार 3-5 (5% ठंडा काम) के लिए 150-300 μm है और 1 मिमी दरार के लिए थकान जीवन 30,000-50,000 चक्र है। एएसटीएम अनाज का आकार 5-7 (10% ठंडा काम) 80-150 µm की दरार की गहराई और 60,000-100,000 चक्रों में से 1 मिमी का जीवन देता है। एएसटीएम अनाज का आकार 7-8 (15% ठंडा काम) दरार की गहराई: 40-80 um जीवन 1 मिमी तक: 120,000-200,000 चक्र। एएसटीएम अनाज आकार 8-9 (20% कोल्ड वर्क) के लिए दरार की गहराई 20-40 माइक्रोन है, 1 मिमी तक का जीवन 250,000-400,000 चक्र है। एएसटीएम अनाज आकार 9-10 (30% कोल्ड वर्क) के लिए दरार की गहराई 10-20 µm है। 1 मिमी तक का जीवन 500,000 चक्रों से अधिक है।

300 डिग्री पर वायु सेवा के लिए कोल्ड वर्क और अनाज के आकार के चयन का चार्ट

नीचे दी गई तालिका थर्मल चक्रों की अनुमानित संख्या और स्वीकार्य थकान जीवन के आधार पर, 300 डिग्री पर हवा में सेवा के लिए टाइटेनियम हीटर ट्यूबों के लिए पूर्ववर्ती ठंडे काम की अनुशंसित मात्रा और परिणामी अनाज का आकार देती है।

वांछित थकान जीवन (1 मिमी दरार तक चक्र) सेवा जीवन के दौरान अपेक्षित थर्मल चक्र अनुशंसित पूर्व शीत कार्य (%) परिणामी अनाज का आकार (एएसटीएम) 10,000 चक्रों के बाद अपेक्षित दरार गहराई (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 शीत कार्य नियंत्रण से परे इंजीनियरिंग

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%) ड्राइंग के दौरान दरार का कारण बन सकता है।

एक स्मार्ट विशिष्टता लिखना

व्यापक थर्मल साइक्लिंग के साथ 300 डिग्री पर हवा में चलने वाले टाइटेनियम हीटर ट्यूब के लिए अंतिम एनीलिंग से पहले 20-30% का पूर्व ठंडा कार्य स्तर निर्दिष्ट करें। एएसटीएम 8 या इससे बेहतर अंतिम पुनर्क्रिस्टलीकृत अनाज आकार की आवश्यकता है। 60,000 से कम चक्र वाले अनुप्रयोगों के लिए 10 से 15% की कोल्ड वर्किंग स्वीकार्य है। गंभीर साइकिल चलाने के लिए (दैनिक शुरुआत - 10 साल तक रुकें, ~3,650 चक्र), एएसटीएम 5 और एएसटीएम 8 के बीच अंतर नगण्य है और मानक ठंडा काम पर्याप्त है। • महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए जहां तेजी से थर्मल साइक्लिंग (प्रति दिन कई चक्र) होगी, 30% ठंडा काम और एएसटीएम अनाज का आकार 9 या महीन निर्दिष्ट करें। इंजीनियर एनीलिंग से पहले ठंडे काम की मात्रा को नियंत्रित करता है ताकि 300 डिग्री पर उचित थर्मल थकान प्रतिरोध प्राप्त करने के लिए अनाज के आकार का प्रबंधन किया जा सके।