מגבלות הטמפרטורה של Hastelloy C-276

סגסוגת Hastelloy C-276 היא סגסוגת ניקל כרום מוליבדן המכילה טונגסטן, הנחשבת לסגסוגת עמידה בפני קורוזיה בשל תכולת פחמן סיליקון נמוכה במיוחד.
הביצועים של רוב המדיה המאכלת הן באווירת חמצון והן באווירת הפחתה.
יש לו עמידות בפני קורוזיה בבור, קורוזיה של חריצים וקורוזיה מתח. התוכן הגבוה של Mo ו-Cr הופך את הסגסוגת לעמידה בפני קורוזיה של יוני כלוריד, ואלמנט W משפר עוד יותר את עמידות בפני קורוזיה. בינתיים, סגסוגת Hastelloy C-276 היא אחד החומרים הבודדים שעמידים בפני קורוזיה מגז כלור לח, היפוכלוריט וכלור דו-חמצני, ובעלת עמידות בפני קורוזיה לתמיסות כלוריד בריכוז גבוה כגון ברזל כלוריד וכלוריד נחושת. מתאים לריכוזים שונים של תמיסות חומצה גופרתית, זהו אחד החומרים הבודדים שניתן ליישם על תמיסות חומצה גופרתית חמות מרוכזות.
התכונות הפיזיקליות של סגסוגת Hastelloy C-276 הן כדלקמן:
הרכב החומר: 57Ni-16Cr-16Mo-5Fe-4W-2.5Co * -1Mn * -0.35V * -0.08Si * -0.01C * * מייצג שוליים גדולים
תקנים מנהלים: UNS N10276, ASTM B575, ASME SB575, DIN/EN 2.4819
צפיפות: 8.90g/cm3

ביצועי הריתוך של סגסוגת Hastelloy C-276 דומים לאלו של נירוסטה אוסטניטית רגילה. לפני השימוש בשיטת ריתוך לריתוך C-276, יש לנקוט באמצעים להפחתת עמידות בפני קורוזיה של ריתוכים ואזור מושפע חום, כגון ריתוך קשת טונגסטן בגז (GTAW), ריתוך גז מתכת קשת (GMAW), שקוע. ריתוך קשת או שיטות ריתוך אחרות שיכולות להפחית את עמידות בפני קורוזיה של ריתוכים ואזור מושפע חום. עם זאת, שיטות ריתוך כגון ריתוך אוקסיאצטילן שעלולות להגדיל את תכולת הפחמן או תכולת הסיליקון של ריתוך חומרים ואזור מושפע חום אינן מתאימות [2].
הבחירה של צורות מפרקי ריתוך יכולה להתייחס לניסיון המוצלח של קוד הדוד וכלי הלחץ של ASME עבור חיבורי ריתוך מסגסוגת Hastelloy C-276.
חריץ הריתוך קל לעיבוד, אך עיבוד שבבי יביא להתקשות העבודה, ולכן יש צורך ללטש את החריץ המעובד לפני הריתוך.
יש להשתמש במהירות הזנת חום מתאימה במהלך הריתוך כדי למנוע יצירת סדקים תרמיים.
ברוב המוחלט של סביבות קורוזיביות, ניתן ליישם סגסוגת Hastelloy C-276 בצורה של רכיבים מרותכים. עם זאת, בסביבות קשות במיוחד, חומרי C-276 ורכיבי ריתוך צריכים לעבור טיפול בחום בתמיסה כדי להשיג עמידות טובה בפני קורוזיה.
הריתוך של סגסוגת Hastelloy C-276 יכול לבחור להשתמש בעצמו כחומר הריתוך או כמתכת המילוי. אם נדרשים להוסיף רכיבים מסוימים לריתוכים של סגסוגת Hastelloy C-276, כגון סגסוגות אחרות על בסיס ניקל או נירוסטה, והריתוכים הללו יהיו חשופים לסביבות קורוזיביות, אזי מוט הריתוך או החוט המשמשים לריתוך חייב להיות בעל תכונות שוות ערך למתכת הבסיס.
טיפול החום בתמיסה מוצקה של חומר מסגסוגת Hastelloy C-276 כולל שני תהליכים:
חימום ב-1040 מעלות ~ 1150 מעלות;
מצננים במהירות למצב שחור (בסביבות 400 מעלות) תוך שתי דקות, כך שלחומר המטופל יש עמידות טובה בפני קורוזיה. לכן, רק ביצוע טיפול חום משחרר מתח בסגסוגת Hastelloy C-276 אינו יעיל. לפני טיפול בחום, יש לנקות את כל הלכלוך כגון כתמי שמן על משטח הסגסוגת שעלולים לייצר אלמנטים פחמן במהלך תהליך הטיפול בחום.
פני השטח של סגסוגת Hastelloy C-276 יפיקו תחמוצות במהלך ריתוך או טיפול בחום, מה שמפחית את תכולת Cr בסגסוגת ומשפיע על עמידות הקורוזיה שלה. לכן יש צורך בניקוי פני השטח. ניתן להשתמש במברשת תיל מנירוסטה או בגלגל שחיקה, ואז לטבול אותה בתערובת של פרופורציות מתאימות של חומצה חנקתית וחומצה הידרופלואורית לכבישה, ולאחר מכן לשטוף אותה נקייה במים נקיים.
תוצאות בדיקה וניתוח
השפעת טמפרטורת הטיפול בחום על צמיחת התבואה של צינורות סגסוגת C-276. המיקרו-מבנה האורכי של צינורות ללא תפרים מסגסוגת C-276 בגלגול קר לאחר שמירה על 1040~1200 מעלות למשך 10 דקות מוצג באיור 1. ניתן לראות שלאחר טיפול בחום בטווח של 1040~1200 מעלות , השחזור והתגבשות מחדש של סגסוגת C-276 הושלמו. לאחר טיפול בחום ב-1040 מעלות, גודל הגרגיר קטן יותר ויש מספר רב של תאומים בתבואה. ככל שטמפרטורת הטיפול בחום עולה, הגרגרים גדלים בהדרגה; כאשר טמפרטורת הטיפול בחום היא בין 1080 ~ 1160 מעלות, גודל הגרגר אחיד יחסית; במהלך טיפול בחום ב-1200 מעלות, התרחשה צמיחה משמעותית של גרגרים בודדים.
השפעת טמפרטורת הטיפול בחום על גודל הגרגיר של סגסוגת C-276 במהלך בידוד למשך 5, 10, 20 ו-30 דקות. ניתן לראות שבאותו זמן החזקה, גודל הגרגרים גדל בהדרגה עם עליית טמפרטורת הטיפול בחום, ומגמת הגידול של הגרגרים זהה. בטמפרטורות הנעות בין 1040 ל-1080 מעלות, צמיחת התבואה מהירה יותר, בעוד שהיא מואטת בטווח של 1080 עד 1160 מעלות, ומאיצה שוב בטמפרטורות הנעות בין 1160 ל-1200 מעלות.
הירידה באנרגיית ממשק גבול התבואה היא הכוח המניע העיקרי לצמיחת הדגן. במהלך תהליך גידול הדגן, הגידול בגודל הגרגר תואם לירידה בשטח גבול התבואה הכולל, וכתוצאה מכך ירידה באנרגיית הממשק הכוללת של המערכת. קצב גידול התבואה קשור למנגנון נדידת גבול התבואה, וקצב נדידת גבול התבואה קשור קשר הדוק לטמפרטורה, שהיא תהליך הפעלה תרמי. הקשר בין קצב נדידת גבול הגרגר בזווית גדולה M לטמפרטורה T עומד בקשר Arre heni us (2426), כלומר, משוואת M=Mg exp (- QR/T): M. הוא קבוע; Q היא אנרגיית ההפעלה הנראית לעין של נדידת גבול התבואה, kJ/mol; R הוא קבוע הגז, J/(מול · K); T היא הטמפרטורה התרמודינמית, K.
הקשר בין מהירות תנועת גבול התבואה v לבין לחץ ההנעה P הוא: v=MP, כאשר M הוא ניידות גבול התבואה; ו-P=y,/D, כאשר y. היא אנרגיית הממשק ו-D הוא קוטר הגרגיר. על ידי שילוב dD/dt, ניתן לקבל ש-D=y, Mt מחליף את המשוואה (1) במשוואה (2), ובהנחה שהזמן t קבוע, ניתן לקבל ש-D '= exp (- QR/T) שבו A הוא קבוע, A=y, M. נטילת הלוגריתם של שני הצדדים של המשוואה (3) יכולה לקבל: InD=1/2InA-Q/( 2RT), כאשר Q היא אנרגיית ההפעלה הנראית לעין של נדידת גבול התבואה, kJ/mol; R הוא קבוע הגז, J/(מול · K); T היא הטמפרטורה התרמודינמית, K. ניתן לראות שלInD יש קשר ליניארי עם 1/T.
חשב את גודל הגרגר הממוצע של צינורות סגסוגת C-276 ללא תפרים לאחר בידוד ב-1040-1200 מעלות למשך 5-30 דקות, ובצע ניתוח רגרסיה לפי משוואה (4) למעלה, כפי שמוצג באיור 3. מאיור 3, ניתן לראות כי עקומות ההתאמה הליניאריות בזמני החזקה שונים מקבילות זה לזה בערך. לפי תוצאה זו, כאשר זמן ההחזקה הוא 10 דקות, הקשר בין גודל גרגיר D לטמפרטורת טיפול בחום T הוא: lnD=0.5lnA-1.887 × לפי משוואה (5), ה- אנרגיית ההפעלה הנראית לעין של נדידת גבול התבואה עבור סגסוגת C-276 לאחר 10 דקות של בידוד בדרגה 1040-1200 היא 313.77kJ/mol, שהוא גבוה מאנרגיית ההפעלה של הדיפוזיה העצמית של ניקל טהור בסריג המטריצה ​​( כ-285.1kJ/mol) (27). הסיבה לכך היא בעיקר כי סגסוגת C-276 מכילה יותר אלמנטים מתגסוגים, מגבירה את אנרגיית ההפעלה של צמיחת גרגרים ומעכבת את צמיחת התבואה.