Mae tiwbiau gwresogi trydan sydd wedi'u boddi mewn baddonau galfaneiddio sinc tawdd yn gweithredu o dan amodau ymosodol unigryw sy'n herio rhagdybiaethau confensiynol am 316 o wrthwynebiad cyrydiad dur di-staen. Byddai tymheredd y bath o 450-480 gradd - ymhell islaw'r ystod sensiteiddio nodweddiadol o 450-850 gradd ar gyfer dyddodiad cromiwm carbid - yn ymddangos yn ddiogel ar gyfer dur gwrthstaen austenitig. Fodd bynnag, mae methiannau maes o weithfeydd galfaneiddio yn gyson yn dangos cyrydiad rhyng-gronynnog a chracio 316 o weinau dur di-staen ar ôl 3-9 mis o wasanaeth, er gwaethaf absenoldeb cloridau a phresenoldeb sinc tawdd nad yw'n gynhenid cyrydol i ddur di-staen yn yr ystyr electrocemegol traddodiadol. Mae ymchwiliad metelegol i wainiau a fethwyd yn datgelu mecanwaith gwahanol: embrittlement metel hylifol (LME) a yrrir gan dreiddiad sinc ar hyd ffiniau grawn, ynghyd â dyddodiad cyfnod sigma (σ) - cyfansoddyn rhyngfetelaidd caled, brau o haearn a chromiwm (FeCr). Mae'r datguddiad thermol estynedig ar 450–480 gradd, er ei fod yn is na'r ystod sensiteiddio carbidau, yn gorwedd o fewn y ffenestr tymheredd critigol ar gyfer ffurfio cyfnod sigma mewn molybdenwm-sy'n cynnwys dur gwrthstaen austenitig fel 316. Ffurfiau cyfnod sigma o ferrite (delta -ferrite wedi'i gadw o solidification neu straenin{17} 1000-3000 o oriau ar y tymereddau hyn, gan ddefnyddio cromiwm o rawn austenit cyfagos a chreu parthau disbyddedig cromiwm sy'n dod yn agored i dreiddiad rhyng-gronynnog sinc. Mae'r erthygl hon yn meintioli cineteg ffurfio cyfnod sigma ar dymheredd galfaneiddio ac yn darparu canllawiau dethol aloi ar gyfer gwresogyddion mewn gwasanaeth sinc tawdd.
Trawsnewidiad metelegol o 316 o ddur di-staen ar dymheredd galfaneiddio baddon
Mae dur gwrthstaen safonol 316 yn cynnwys 2-3% o folybdenwm i wella ymwrthedd tyllu mewn amgylcheddau clorid. Fodd bynnag, mae molybdenwm hefyd yn hyrwyddo ffurfio cyfnod sigma yn gryf yn yr ystod tymheredd o 450-900 gradd, gyda'r cineteg dyddodiad cyflymaf yn digwydd tua 600 gradd. Ar dymheredd galfaneiddio bath o 450-480 gradd , mae cyfnod sigma yn ffurfio'n arafach ond yn dal i gyrraedd ffracsiynau cyfaint problemus ar ôl amlygiad estynedig. Mae dadansoddiad diffreithiant cefn-wasgariad electron (EBSD) o 316 o diwbiau dur di-staen a dynnwyd o'r gwasanaeth galfaneiddio ar ôl 6 mis (tua 4320 awr ar 465 gradd) yn dangos ffracsiynau cyfaint cyfnod sigma o 3–8% o fewn y rhanbarth wyneb agos. Mae pob gronyn sigma (0.5–5 µm diamedr fel arfer) yn gwaddodi mewn safleoedd fferrit blaenorol neu ar hyd ffiniau grawn, gan ddefnyddio cromiwm o'r matrics amgylchynol. Gall y parth disbyddu cromiwm ger gronynnau sigma ddisgyn o'r 16-18% enwol i gyn lleied â 10-12% cromiwm - annigonol i gynnal goddefedd yn erbyn ymosodiad sinc.
Mae'r amgylchedd sinc yn ychwanegu ail fecanwaith. Mae sinc tawdd yn gwlychu arwynebau dur di-staen yn rhwydd ar 450 gradd. Mae atomau sinc yn tryledu'n interstitaidd ar hyd ffiniau grawn, yn enwedig y rhai sy'n cael eu gwanhau gan gyfnod sigma neu ddisbyddiad cromiwm. Mae cyfernod trylediad sinc mewn dur di-staen austenitig ar hyd ffiniau grawn ar 465 gradd tua 2 × 10⁻¹⁰ cm²/s - digon i dreiddio 100-200 mm i wal y tiwb dros 6 mis. Unwaith y bydd sinc yn cyrraedd crynodiad critigol ar ffiniau grawn, mae'n achosi embrittlement metel hylifol, gan achosi cracio rhyng-ronynnog brau hyd yn oed o dan bwysau tynnol isel oherwydd diffyg cyfatebiaeth ehangu thermol rhwng y wain a'r elfen wresogi fewnol. Mae cracio yn mynd rhagddo nes bod y wain yn colli cywirdeb pwysau, gan ganiatáu i sinc tawdd gysylltu â'r wifren wresogi NiCr fewnol, sy'n hydoddi'n gyflym mewn sinc hylif, gan achosi methiant gwresogydd ar unwaith.
Perthynas Feintiol Rhwng Amser Amlygiad a Ffurfiant Cyfnod Sigma
Mae heneiddio cyflymach labordy o 316 o samplau tiwb dur di-staen (trwch wal 1.5 mm, 12 mm OD) ar dymheredd sy'n rhychwantu'r ystod galfaneiddio yn caniatáu rhagfynegi esblygiad cyfnod sigma a hydwythedd sy'n weddill. Cafodd samplau eu trin â gwres yn yr aer am gyfnodau penodol, yna eu rhannu ar gyfer dadansoddiad metallograffig a'u cynnal ar brawf troad pedwar pwynt i fesur hydwythedd cadw. Dewiswyd y tymheredd o 465 gradd i gynrychioli gweithrediad bath sinc tawdd nodweddiadol.
| Amser amlygiad ar 465 gradd (oriau) | Ffracsiwn Cyfaint Cyfnod Sigma (%) | Cromiwm Ffiniau Grawn (wt%, wedi'i fesur gan STEM-EDS) | Hydwythedd Plygu (estyniad adeg torri asgwrn, % o'r gwreiddiol) | Modd Methiant mewn Prawf Amlygiad Sinc |
|---|---|---|---|---|
| 0 (fel-derbyn, datrysiad wedi'i anelio) | <0.5 | 17.2 | 100% | Dim cracio ar ôl 500 awr |
| 500 | 0.8 | 16.8 | 97% | Gwlychu arwyneb yn unig, dim treiddiad |
| 1000 | 1.5 | 16.1 | 92% | Treiddiad sinc rhyng-gronynnog bas (20–30 µm) |
| 2000 | 3.0 | 15.2 | 83% | Dyfnder treiddiad sinc 80–120 µm |
| 3000 | 4.5 | 14.5 | 71% | Craciau rhyngrannog ar 40-60% o drwch wal |
| 4000 | 6.5 | 13.8 | 58% | Cwblhau trydylliad neu gracio o fewn 100-200 awr |
| 6000 | 9.0 | 12.5 | 42% | Methiant cyflym ar drochi (2-10 awr) |
Mae'r trothwy critigol ar gyfer galfaneiddio gwasanaeth yn ymddangos ar ffracsiynau cyfaint cyfnod sigma sy'n fwy na 3% (tua 2000 awr ar 465 gradd ). O dan y trothwy hwn, mae'r ffiniau grawn yn cadw digon o gromiwm i wrthsefyll treiddiad sinc. Uwchlaw 3% sigma, mae treiddiad rhyng-gronynnog sinc yn cyflymu'n aflinol, ac mae cywirdeb mecanyddol y wain yn diraddio oherwydd embrittlement a chorydiad lleol.
Dibyniaeth Microstrwythurol ar Waith Oer Blaenorol a Chynnwys Ferrite Cychwynnol
Nid yw pob un o'r 316 o diwbiau dur di-staen yn ymddwyn yn union yr un fath ar dymheredd galfaneiddio. Mae tri newidyn deunydd yn dylanwadu'n sylweddol ar cineteg ffurfio cyfnod sigma: cynnwys ferrite delta cychwynnol y tiwb fel y'i cyflenwir, graddau'r gwaith oer o luniadu tiwb, a'r cynnwys carbon (316 vs 316L). Delta{6}}ferrite yw'r cyfnod ciwbig sy'n canolbwyntio ar y corff sy'n ffurfio yn ystod solidiad weldiadau a castiau dur gwrthstaen austenitig, ond gall hefyd fod yn bresennol mewn cynhyrchion gyr ar lefelau o 1–10% yn dibynnu ar reolaeth cyfansoddiad. Mae cyfnod Sigma yn cnewyllo yn ffafriol ar ferrite. Bydd tiwb gyda 5% fel{13}}cyflenwi delta-ferrite yn cyrraedd 5% o ffracsiwn cyfaint sigma ar ôl 2500 awr ar 465 gradd, tra bod tiwb â llai nag 1% delta{19}}ferrite angen 5000-6000 awr i gyrraedd yr un lefel sigma.
Mae gwaith oer hefyd yn cyflymu ffurfio sigma. Mae lluniadu 316 o diwbiau dur di-staen i ddimensiynau terfynol yn cyflwyno dadleoliadau a gall gynhyrchu ychydig o straen -martensite a achosir, y ddau ohonynt yn gweithredu fel safleoedd cnewyllol ar gyfer cyfnod sigma. Mae tiwbiau a dynnwyd gyda gostyngiad o 15–20% mewn arwynebedd trawsdoriadol yn dangos cyfraddau ffurfio sigma tua 1.5 gwaith yn gyflymach na thiwbiau wedi'u hanelio'n llawn o'r un cyfansoddiad. Ar gyfer gwasanaeth galfaneiddio, mae pennu hydoddiant-diwbiau wedi'u hanealio (uchafswm o 2% o waith oer, strwythur wedi'i ailgrisialu'n llawn) gyda chynnwys delta o dan 1% yn rhoi'r ymwrthedd uchaf i wlybaniaeth sigma.
| Cyflwr Materol | Delta{0}}Cynnwys Ferrite (cyfrol%) | Gwaith Oer (%) | Amser i 3% Sigma ar 465 gradd (oriau) | Amcangyfrif o Fywyd Gwasanaeth yng Nghaerfaddon Galfaneiddio |
|---|---|---|---|---|
| 316L, ateb annealed, ferrite isel | <1 | <5 | 4000 – 5000 | 12 – 18 mis |
| 316, ateb annealed, ferrite safonol | 3 – 5 | <5 | 2500 – 3500 | 8 – 12 mis |
| 316, fel-tynnu (gostyngiad o 20%), ferrite safonol | 3 – 5 | 15 – 20 | 1500 – 2000 | 4 – 8 mis |
| 316L, fel-tynnu, ferrite isel | <1 | 15 – 20 | 2500 – 3500 | 8 – 12 mis |
| 316H (carbon uchel), hydoddiant anelio | 2 – 4 | <5 | 1800 – 2500 | 6 – 9 mis |
Mae'r cynnwys carbon (316H gyda 0.04-0.10% C yn erbyn 316L gyda Llai na neu'n hafal i 0.03% C) yn arddangos effaith fach ar ffurfio sigma ond yn effeithio'n sylweddol ar ddyddodiad cromiwm carbid. Gan fod tymereddau galfaneiddio yn agos at ben uchaf yr ystod dyddodiad carbid, mae'n well gan 316L osgoi sensiteiddio sy'n gysylltiedig â carbid cynradd.
Aloiau Amgen ar gyfer Bywyd Gwasanaeth Estynedig Galfaneiddio Bath
Pan fydd bywyd gwresogydd disgwyliedig yn fwy na 12 mis mewn gwasanaeth galfaneiddio parhaus, mae tri deunydd gwain amgen yn cynnig perfformiad sylweddol well na 316 o ddur di-staen, pob un â manteision penodol a chostau masnach. Mae'r matrics dethol canlynol yn arwain y dewis o ddeunydd yn seiliedig ar dymheredd disgwyliedig y bath a'r cyfnod gwasanaeth gofynnol.
| Deunydd Gwain | Tymheredd Gwasanaeth Uchaf ( gradd ) | Tueddiad Cyfnod Sigma | Amcangyfrif o Fywyd ar 465 gradd | Cost gymharol (vs 316) | Ceisiadau Galfaneiddio a Argymhellir |
|---|---|---|---|---|---|
| 316 Dur Di-staen | 500 | Uchel (molybdenwm yn cyflymu sigma) | 6 – 12 mis | 1.0x | Baddonau bach, gweithrediad ysbeidiol, cau i lawr blynyddol |
| 310 Dur Di-staen (25% Cr, 20% Ni) | 1000 | Isel (dim molybdenwm, uwch Ni yn sefydlogi austenit) | 24 – 36 mis | 1.8x | Galfaneiddio parhaus, -canolig i-baddonau mawr |
| Incoloy 800 (32% Ni, 21% Cr) | 1000 | Isel iawn (Ni uchel yn atal sigma yn gyfan gwbl) | 36 – 60 mis | 2.5x | Llinellau dibynadwyedd uchel, ychydig iawn o fynediad cynnal a chadw |
| Sanicro 28 (27% Cr, 31% Ni, 3.5% Mo) | 500 | Cymedrol (Mo yn bresennol ond Ni uchel yn sefydlogi) | 24 – 30 mis | 3.5x | Gwasanaeth â chymorth fflwcs ymosodol gyda chloridau gweddilliol |
| Titaniwm Gradd 2 | 300 | Amherthnasol (cyfnod sigma heb ei ffurfio) | Ddim yn addas - ocsidiad uwchlaw 350 gradd | 2.0x | Aloeon sinc tymheredd isel-<350°C only) |
Mae 310 o ddur di-staen yn cynnig y cyfuniad gorau o wrthwynebiad cyrydiad a chost ar gyfer y rhan fwyaf o faddonau galfaneiddio parhaus. Mae'r nicel uwch (20% o'i gymharu â 10% yn 316) yn sefydlogi'r strwythur austenitig yn erbyn ffurfio sigma hyd yn oed ar ôl blynyddoedd ar 450-480 gradd. Mae data maes o waith galfaneiddio a newidiodd o 316 i 310 o wain yn dangos bod bywyd gwasanaeth cyfartalog wedi cynyddu o 7 mis i 28 mis, gyda rhai gwresogyddion yn gweithredu y tu hwnt i 36 mis heb fethiant. Mae Incoloy 800 yn darparu bywyd hirach fyth ond efallai na fydd y budd ymylol dros 310 yn cyfiawnhau'r gost 40% yn uwch oni bai bod tymheredd y bath yn agosáu at 500 gradd neu fod y cyfleuster yn trefnu cyfnodau cynnal a chadw mwy na dwy flynedd.
Argymhellion Ymarferol ar gyfer Manylebau Gwresogydd Bath Galfaneiddio
Ar gyfer peirianwyr sy'n nodi tiwbiau gwresogi trydan ar gyfer baddonau galfaneiddio sinc tawdd, mae'r canllawiau ymarferol canlynol yn deillio o brofiad maes a data labordy. Osgoi 316 o ddur di-staen ar gyfer unrhyw weithrediad galfanio parhaus sy'n fwy na 4000 awr y flwyddyn. Os defnyddir 316 oherwydd argaeledd neu gyfyngiadau cost, nodwch yr ateb-wedi'i anelio 316L gyda chynnwys delta wedi'i ddogfennu-ferrite o dan 1% ac uchafswm o 5% o waith oer, a chynlluniwch ar gyfer ailosod gwain bob 6–12 mis. Ar gyfer galfaneiddio safonol ar 450-465 gradd gyda baddonau sy'n fwy na 10 tunnell o sinc, nodwch 310 o wainiau dur di-staen gyda thrwch wal o 2.0-2.5 mm (trwchus na 1.2-1.5 mm nodweddiadol ar gyfer gwasanaeth dyfrllyd) i ddarparu lwfans cyrydiad ychwanegol. Ar gyfer baddonau sy'n defnyddio aloion alwminiwm sinc neu'r rhai sydd â gweddillion fflwcs ymosodol, ystyriwch Incoloy 800 neu trefnwch fesuriadau trwch gwain wythnosol gan ddefnyddio profion ultrasonic i olrhain dilyniant cyrydiad. Y pwynt manyleb mwyaf hanfodol yw ei gwneud yn ofynnol i gyflenwr y gwresogydd ddarparu ardystiad o gyflwr yr ateb wedi'i anelio a'r cynnwys ferrite uchaf, oherwydd gall y felin safonol a anelwyd 316 gynnwys digon o delta{-ferrite i achosi methiant cynamserol er gwaethaf bodloni gofynion cyfansoddiad enwol. Drwy ddeall mai'r mecanwaith methiant yw breuddwyd cyfnod sigma sy'n galluogi treiddiad metel hylifol - nid cyrydiad dyfrllyd clasurol - gall peirianwyr ddewis deunyddiau priodol sy'n ymestyn oes gwresogydd o fisoedd i flynyddoedd yn y gwasanaeth tymheredd uchel hwn nad yw'n ddyfrllyd.
