¿Cómo se correlaciona la distribución del tamaño de las partículas intermetálicas de Ti₂Fe en un tubo calentador de titanio de grado 2 con la densidad de las picaduras en una solución caliente de sulfato de aluminio a 80 grados?

In the Grade 2 titanium, iron is present as an impurity up to 0.20–0.30 wt% and forms intermetallic Ti2Fe particles. These particles are cathodic against the surrounding alpha-titanium matrix. In hot aluminum sulfate (Al2(SO4)3) solution at 80°C-commonly used in water treatment and paper manufacturing-the cathodic Ti2Fe particles form galvanic cells. These galvanic cells initiate pitting at the particle-matrix interface. The size distribution of these particles (number per unit area, average and maximum diameter) is closely correlated to the pitting density. greater pit densities are achieved by larger particles (>5 µm) and greater particle densities (>500 partículas/mm²). Las partículas más pequeñas < 2 µm y la menor densidad < 200 partículas/mm2 muestran una susceptibilidad a las picaduras mucho menor, por lo que la vida útil del calentador es previsible.

Mecanismo de picaduras inducidas por Ti2Fe-en sulfato de aluminio

La densidad de corriente galvánica de la partícula de Ti2Fe en el borde de una partícula es de 10-100 μA/cm2, que es suficiente para disolver la matriz de titanio adyacente. El sulfato de aluminio caliente a 80 grados proporciona una película pasiva marginalmente estable. Una vez que se inicia un pozo, la alta concentración de sulfato y la alta temperatura ayudan a la expansión del pozo. La densidad de picaduras tiene una relación de ley de potencia con la densidad de partículas: densidad de picaduras ≈ 0,1 (densidad de partículas) 0,7. Por lo tanto, es importante gestionar la distribución de partículas de Ti$_2$Fe eligiendo el material y el tratamiento térmico adecuados para poder predecir y minimizar las picaduras en el servicio de sulfato de aluminio. Las partículas más grandes dan como resultado pares galvánicos mayores y aceleran el arranque en mina.

Correlación cuantitativa de la densidad de picaduras y las partículas

La investigación metalográfica de control y las pruebas de corrosión del 10 % de Al 2 (SO 4 ) 3 a 80 grados durante 500 horas han revelado las siguientes correlaciones para tubos de titanio de grado 2. Muestras con densidad de partículas de Ti 2 Fe<100 particles per mm 2 and average particle size <2 µm show pitting densities of 5-20 pits per cm 2 with maximum pit depths of 20-50 µm. This is a good performance for 5 years or longer with 1.5 mm wall thickness. Particle density of 100 to 300 particles/mm2 and average size of 2 to 4 μm produces pitting density of 30 to 80 pits/cm2 and pit depths of 50 to 120 μm, which is marginal for 2 to 3 years of service. 300–600 particles per square millimeter with a size of 3–5 µm result in a pitting density of 100–250 pits per square centimeter and depths of 100–200 µm, which are considered a high pitting risk. But any density above 600 particles per square millimeter with particle sizes larger than 5 µm leads to a pitting density bigger than 300 pits per square centimeter and depths bigger than 200 µm, which is not acceptable for any long term service.

Efecto del contenido de hierro y el tratamiento térmico sobre la distribución de partículas

La distribución de partículas de Ti2Fe está controlada por la concentración de hierro y el historial de procesamiento térmico. El titanio de grado 1, recocido en solución (700 grados, enfriamiento con agua), con 0,05–0,08 % en peso de hierro, tiene una densidad de partículas inferior a 50 partículas/mm2 y un tamaño de partícula inferior a 1 µm. El grado 2 con 0,12% en peso de hierro en el estado recocido -del molino (700 grados, aire frío) exhibe una densidad de 80 a 150 partículas por mm2 y un tamaño de 1 a 2 µm. El grado 2 típico con 0,20 % en peso de hierro en la condición recocida en molino-tiene una densidad de 200-400 partículas/mm2 y un tamaño de 2-4 mm. El grado 2 con alto contenido de hierro (0,25 % en peso) en la condición estirada alcanza una densidad de 400 a 700 partículas/mm2 y un tamaño de 3 a 6 μm. El recocido beta (enfriamiento lento desde más de 900 grados) a pesar de la densidad reducida crea importantes sitios de picaduras de partículas gruesas de 5 a 10 µm.

Servicio de sulfato de aluminio Distribución adecuada de partículas

La siguiente tabla muestra los parámetros máximos permitidos de partículas de Ti2Fe para tubos de titanio de grado 2 en sulfato de aluminio al 10% a 80 grados para la vida útil deseada y la profundidad máxima aceptable de la picadura.

Vida útil deseada (años) Profundidad máxima de picadura (mm) Densidad máxima de partículas de Ti2Fe (partículas/mm2) Tamaño máximo de partículas promedio (μm)Recomendación de tratamiento térmico
5 0.15 <150 <2 Solution annealed (700°C, water quench)
5 0.30 150-250 2-3 Molino recocido (700 grados C, enfriado por aire)
3 0.30 250–400 3–4 Molino recocido + decapado 2 0.50 400–600 4–5 Tal como-estirado (no recomendado)<1 >0.50 >600 >5 No apropiado para ingeniería de grado 2 más allá del control de distribución de partículas

Se puede elegir el grado de titanio para eliminar completamente las partículas de Ti2Fe. La solución-en estado recocido con un contenido de hierro inferior al 0,08% en peso para el Grado 1 presenta la densidad de picaduras más baja. El grado 7 (paladio-estabilizado) es comparable al grado 2 en contenido de hierro, pero el comportamiento galvánico cambia, lo que reduce la densidad de las picaduras entre un 50% y un 70% para la misma dispersión de partículas. En el grado 12, están presentes molibdeno y níquel, que producen distintos intermetálicos que son menos catódicos que el Ti 2 Fe. El espesor de la pared permite una tolerancia a la penetración de picaduras. Un espesor de . 2.0 mm con picaduras moderadas (80 picaduras/cm^2, 100 µm de profundidad) puede durar de 5 a 8 años; un espesor de 1,2 mm falla antes. El acabado de la superficie afecta la iniciación de la picadura. El electropulido elimina una capa superficial enriquecida en partículas de Ti2Fe, reduciendo la densidad efectiva de las partículas.

Una especificación informada

Para un calentador de titanio de grado 2 en una solución de sulfato de aluminio caliente a 80 grados, especifique una concentración máxima de hierro de 0,15 % en peso y una solución-en estado recocido (700 grados ± 10 grados, enfriamiento con agua). Inspección metalográfica de una muestra típica con un aumento de 500×. Certificación de que la densidad de las partículas de Ti₂Fe es inferior a 250 partículas por milímetro cuadrado y que ninguna partícula supera las 5 micras de diámetro. Para aplicaciones esenciales donde no se pueden permitir picaduras, utilice titanio de Grado 1 o titanio de Grado 7. Inspección entrante. Prueba rápida de picaduras. Sumerja un cupón de muestra en Al2(SO4)3 al 10% a 80 grados durante 168 horas y examínelo con un aumento de 50x. Rechazar el lote si la densidad de hoyos supera los 50 hoyos por centímetro cuadrado. El ingeniero controla la distribución del tamaño de las partículas de Ti 2 Fe como parámetro de calidad para disminuir la densidad de picaduras y asegurar la vida útil prevista del calentador en el uso de sulfato de aluminio caliente.