Pam Mae Dyfnder Haen Decarburization Arwyneb ar 316 Gwain Gwresogydd Dur Di-staen o Reoliad Anelio Ateb yn Uchel-Tymheredd Ymdreiddio Ymyrrol

Parth disbyddu carbon fel diffyg sy'n cyfyngu ar gryfder mewn-diwb â waliau tenau

Wrth anelio toddiant 316 o diwbiau gwresogi trydan wedi'u lapio â dur di-staen, sy'n cael ei berfformio fel arfer mewn ffwrnais amgylchedd rheoledig, ar dymheredd o 1040-1100 gradd, gallai cyswllt yr arwyneb metel poeth ag awyrgylch y ffwrnais achosi ffurfio haen datgarbwreiddio. Mae'r haen hon rhwng 10 a 150 µm o ddyfnder ac mae'n cynnwys crynodiad is o garbon na'r metel sylfaen (yn nodweddiadol llai na 0.02 % C o'i gymharu â'r 0.03-0.08 % C mewn enw). Mae datgarbureiddio yn broblem hysbys mewn cydrannau adran drwchus, ond mae ei effaith yn anghymesur o ddifrifol mewn gwainoedd gwresogydd â waliau tenau (trwch wal 1.0-2.0mm). Mae gan yr haen sydd wedi'i ddatgarbwreiddio gryfder ymgripiad is ar dymheredd uchel (dros 550 gradd) a daw'n safle ffafriol ar gyfer creu ceudodau ymgripiad a rhwyg wedyn. Dyfnder y datgarbwriad yw'r penderfynydd uniongyrchol o fywyd rhwygiad ymgripiad sy'n weddill ar gyfer gwresogyddion a ddefnyddir mewn gwasanaeth aer neu nwy tymheredd uchel gyda thymheredd gwain yn uwch na 600 gradd. Mae'r erthygl hon yn gwerthuso'r cysylltiad rhwng dyfnder datgarbwreiddio, ffracsiwn trwch wal, a lleihad mewn bywyd ymgripiad ac yn darparu terfynau manyleb ar gyfer anelio atmosffer rheoledig.

Y Mecanwaith Datgarbwreiddio yn y Broses Anelio Atebion

Prif bwrpas anelio toddiant 316 o ddur di-staen yw hydoddi unrhyw garbidau cromiwm a gasglwyd yn ystod prosesu blaenorol ac ailgrisialu'r strwythur grawn. Mae hyn yn golygu gwresogi i raddau 1040-1100 am gyfnod digonol o amser (yn aml 5-30 munud yn dibynnu ar drwch yr adran). Ar dymheredd o'r fath mae carbon yn symudol iawn yn y dellt austenite (cyfernod tryledu tua 10-10 m2/s). Os yw amgylchedd y ffwrnais yn cynnwys ocsigen, anwedd dŵr neu garbon deuocsid, bydd y rhywogaethau ocsideiddio hyn yn adweithio â charbon ar yr wyneb metel i gynhyrchu carbon monocsid neu garbon deuocsid a fydd yn gadael yr wyneb. Mae graddiant crynodiad carbon yn achosi trylediad carbon o'r tu mewn i'r wyneb ac mae'r broses ddatgarbureiddio yn parhau. Mewn awyrgylch ocsideiddio llawn (aer) gall dyfnder y datgarburiad gyrraedd 100-200 µm ar ôl 20 munud ar 1050 gradd. Mae datgarbureiddio yn cael ei leihau ond nid yw'n cael ei ddileu mewn atmosffer hydrogen (sy'n nodweddiadol o anelio llachar) oherwydd bydd symiau bach iawn o leithder neu ocsigen yn dal i adweithio. Mae datgarbureiddio mewn amgylchedd anadweithiol fel argon neu nitrogen (gan dybio bod y nwy yn burdeb uchel, hy cynnwys ocsigen < 10 ppm) yn fach iawn. Mae dyfnder datgarburiad yn bwysig ar gyfer y gwain gwresogydd oherwydd y wal tiwb tenau. Byddai'r haen ddatgarbwreiddio 100 µm o wal 1.5mm yn 6.7 % o'r trwch ond mae'r gostyngiad yng nghryfder ymgripiad yn sylweddol fwy na'r trwch cyfatebol oherwydd bod gan y parth datgarbwriedig lai o garbon ar gael ar gyfer cryfhau dyddodiad. Gellir lleihau'r oes rhwygiad ymgripiad dilynol ar 650 gradd 50-80% o'i gymharu â gwain niwtral wedi'i charbohydradu'n llwyr neu wedi'i charbohydradu.

Dylanwad Meintiol Dyfnder Datgarbureiddio ar Eiddo Ymyrrol

Dangosodd profion llym o 316 o ddur di-staen ar 650 gradd a 700 gradd gyda chynnwys carbon arwyneb rheoledig gysylltiad uchel rhwng dyfnder datgarbwriad ac amser i rwygo ar straen penodol. Ar gyfer straen cylchyn gosodedig o 50 MPa (y pwysau mewnol oherwydd ehangiad thermol mewn gwresogyddion cyfyngedig), mae bywyd rhwyg tiwb o drwch wal 1.5 mm ac wedi'i wneud o ddeunydd cwbl carbureiddio (0.06% C i gyd drwodd) tua 10,000 - 15,000 h ar 650 gradd. Os oes haen o 50 µm wedi'i ddatgarbwreiddio (gostyngodd carbid i 0.01-0.02 %) ar yr arwynebau mewnol ac allanol (effeithiwyd ar gyfanswm o 100 µm) caiff oes y rhwyg ei ostwng i 5,000-8,000 awr - gostyngiad o 40-50 %. Pan fydd yr haen wedi'i ddatgarbwreiddio yn cyrraedd 100 µm bob arwyneb (200 µm yn gyffredinol, 13 % o drwch wal), mae'r oes rhwyg yn cael ei leihau i 2 000-4 000 h. Mae'r gostyngiad dramatig yn digwydd oherwydd bod ceudodau ymgripiad yn cnewyllo o ddewis yn yr haen ddad-garbwreiddiedig heb waddod carbid bach i binio borderi grawn a rhwystro llithro ffiniau grawn. Pan fyddant yn cyrraedd maint critigol maent yn ymdoddi i agen sy'n ymledu yn y wal sy'n weddill, gan arwain at rwygiad cynamserol er bod gan drwch y wal ddigon o garbon o hyd. Dangosir y cysylltiad rhwng dyfnder datgarbwreiddio, ffracsiwn trwch wal a bywyd rhwygiad crib gweddilliol ar gyfer gwasanaeth gwresogydd 316 nodweddiadol ar dymheredd eithafol yn y tabl isod.

Maximum Decarburisation Depth per Surface (µm) Wall Thickness (mm) Decarburized Fraction of Wall (%) Creep Rupture Life at 650 °C, 50 MPa (hours, relative to fully carburized) Recommended Maximum Service Temperature (°C) for 10,000-hour Life 0-10 None detectable 1.5 0-1.3 100 % (10,000-15,000) 650 10-25 1.5 1.3-3.3 80-95 % (8,000-12,000) 645 25-50 1.5 3.3-6.7 60-80 % (6,000-10,000) 635 50-75 1.5 6.7-10.0 45-60 % (4,500-7,500) 625 75-100 1.5 10.0-13.3 30-45 % (3,000-5,500) 610 100-150 1.5 13.3-20.0 15-30 % (1,500-3,500) 590 >150 1.5 >20.0 <15 % (<1,500) Not recommended above 550 Atmosphere Control During Annealing As The Primary Preventive Measure

Y dechneg orau i osgoi datgarburiad niweidiol yw anelio hydoddiant mewn awyrgylch rheoledig, naill ai'n carbureiddio ychydig (potensial carbon sy'n hafal i neu ychydig yn uwch na chynnwys carbon y dur) neu'n gwbl anadweithiol gyda sborion ocsigen. Mae ffwrneisi anelio llachar sy'n defnyddio amonia daduniad (75 % H2, 25 % N2) neu hydrogen pur yn darparu amodau sy'n lleihau'n gryf ac yn amddiffyn yr wyneb rhag ocsideiddio a datgarburiad. Ond gall hyd yn oed atmosfferau hydrogen gynhyrchu datgarburiad os yw pwynt y gwlith yn ddigon uchel (uwch na -40 gradd ), wrth i anwedd dŵr adweithio â charbon. Yn achos cymwysiadau gwresogydd critigol, mae'r fanyleb bod yn rhaid anelio yn cael ei berfformio mewn hydrogen sych (pwynt gwlith < -50 gradd) neu wactod (pwysedd o dan 10⁻³ torr) yn gwarantu y bydd dyfnder y datgarbwriad yn cael ei gadw o dan 10 µm. Ar gyfer cynhyrchwyr ffwrneisi aer (y math mwyaf cyffredin o wresogydd rhatach), mae'r dyfnder datgarburiad fel arfer yn 100-200 µm, sy'n golygu nad yw'r wain yn dderbyniol ar gyfer unrhyw wasanaeth uwchlaw 550 gradd. Dylai prynwyr ofyn am brawf o'r math o amgylchedd anelio a phwynt gwlith, a gofyn am ddadansoddiad metallograffig dinistriol o sampl o bob swp cynhyrchu i fesur dyfnder datgarburiad fesul ASTM E1077.

Tystiolaeth maes o fethiant ymgripiad o ganlyniad i ddatgarbureiddio

Ar gyfer gwresogyddion gwasanaeth tymheredd uchel a fethwyd, gellir gwirio datgarbureiddiad trwy fetelograffi trawstoriad yn y safle methiant. Pan gaiff ei archwilio gan ficrosgopeg optegol ar ôl ysgythru â glyceregia neu asid ocsalaidd electrolytig, mae'r parth datgarbwriedig yn ymddangos fel haen wen ddinodwedd ar yr wyneb, yn rhydd o'r gwaddodion carbid sy'n bodoli yn y microstrwythur craidd. Mae profion micro-galedwch wedi datgelu bod y parth datgarburedig yn feddalach. Caledwch Vickers o 120-140 HV yn y parth datgarbwriedig, a chaledwch Vickers o 160-200 HV yn y craidd heb ei effeithio. Mae arwyneb torasgwrn diffyg carboniad a achosir gan ymlediad yn datgelu holltau rhyng-gronynnol heb fawr ddim anffurfiad plastig, hy mae'n ymddangos yn frau tra bod y defnydd yn hydwyth wrth brofi tensiwn ar dymheredd ystafell. Mae craciau fel arfer yn dechrau ar yr wyneb allanol (lle mae'r grymoedd ymgripiad o ehangu thermol ar eu mwyaf) ac yn lledaenu y tu mewn. Prawf syml ar gyfer diagnosteg maes yw malu fflat bach ar y wain sy'n methu, yna sgleinio ac ysgythru gyda hydoddiant asid ocsalaidd 10% ar 6 V DC am 60 eiliad. Os gwelir band llachar ar yr wyneb yna roedd datgarburiad yn bresennol. Gellir defnyddio mesuriadau diamedr gwain cyfnodol i fonitro gwresogyddion mewn-swydd ar gyfer chwydd ymgripiad - mae cynnydd o 2-3 % mewn diamedr yn dynodi difrod ymgripiad datblygedig a dylid ailosod y gwresogydd waeth beth fo'r amser sy'n weddill.

Strategaethau Lliniaru Pan Fod Datgarboneiddio yn Anorfod

Ar gyfer achosion cynhyrchu lle na ddefnyddir anelio amgylchedd rheoledig, mae tri dull o leihau effaith andwyol datgarbureiddio ar oes ymgripiad. Y cyntaf yw nodi tiwb wal trymach, ee . 2.5 wal mm yn lle 1.5 mm, fel bod y cas wedi'i ddatgarbwreiddio yn ffracsiwn is o drwch y wal. Er enghraifft, mae 100 µm o haen wedi'i ddatgarbwreiddio ar wal 2.5 mm yn 4 % o drwch, sef 30 µm ar wal 1.5 mm, lefel dderbyniol. Yr ail opsiwn yw postio -gweithrediad tynnu arwyneb anelio fel malu di-ganol neu electropolishing sy'n tynnu 50-100 µm o ddeunydd o'r wyneb allanol, gan ddileu'r parth datgarbwriedig yn gyfan gwbl. Mae hyn yn ychwanegu cost, ond yn adennill y rhinweddau ymgripiad. Y trydydd dull yw llacio manyleb y tymheredd gwasanaeth uchaf. Mae cyfraddau cripian yn dibynnu'n esbonyddol ar dymheredd, felly gall gwresogydd gyda 100 µm o haen wedi'i ddatgarbwreiddio a fydd yn rhwygo mewn 3,000 awr ar 650 gradd bara am 15,000 awr ar 580 gradd . Ar gyfer cymwysiadau lle na ellir gostwng tymheredd y gwasanaeth, y dewis arall mwyaf cadarn yw newid i aloi cryfder ymgripiad uwch fel 310 dur di-staen neu Inconel 600, y mae gan y ddau ymddygiadau datgarbwreiddio gwahanol.

Casgliadau : Manyleb Rheoli Atmosffer Anelio ar gyfer Gwasanaeth Tymheredd Uchel

The depth of surface decarburisation during solution annealing is a significant quality criterion for 316 stainless steel encased heaters for continuous service above 550 °C in air or gas environments, and directly influences the remaining creep rupture life. For decarburisation depths >50 µm fesul arwyneb, mae bywyd ymgripiad ar 650 gradd yn cael ei leihau gan fwy na hanner, a fyddai'n lleihau bywyd gwresogydd o 10,000 awr i lai na 4,000 o oriau. Rhaid i beirianwyr sy'n pennu gwresogyddion ar gyfer cymwysiadau tymheredd uchel ofyn am gadarnhad o'r awyrgylch anelio (hydrogen sych neu wactod yn well), dyfnder datgarbwreiddio uchaf o 25 µm wedi'i ddilysu gan fetelograffeg, ac ar gyfer gwasanaeth critigol ardystiad prawf ymgripiad tymheredd uwch. Mae'r bensaernïaeth arfaethedig yn cysylltu dyfnder y datgarbwriad â gostyngiad mewn bywyd ymgripiad sydd ar gael, fel y gall prynwyr nodi 316 o wresogyddion caeedig na fyddant yn methu'n gynnar oherwydd mecanwaith tynnu carbon arwyneb y gellir ei atal yn gyfan gwbl, ond yn cadw eu cryfder tymheredd uchel.