Wie verändert der Volumenanteil der Alpha-Phase in einem zweiphasigen Heizrohr aus Titanlegierung den Wasserstoffdiffusionskoeffizienten und die Schwellenspannung für verzögerte Hydridrisse?
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Das Wasserstoffdiffusionsverhalten in zweiphasigen Titanlegierungen (z. B. Grad 5, Ti-6Al-4V) wird durch den Volumenanteil der Alpha---Phase (HCP) und Beta-Phase (BCC) gesteuert. In der Beta-Phase (BCC-Struktur) diffundiert Wasserstoff schneller als in der Alpha-Phase. Ein größerer Volumenanteil der Alpha-Phase entspricht einem niedrigeren effektiven Wasserstoffdiffusionskoeffizienten und einer höheren Schwellenspannung der verzögerten Hydridrissbildung (DHC). Bei einer Legierung der Güteklasse 5 (etwa 50 bis 60 Prozent Alpha) ist der Diffusionskoeffizient moderat und die Schwellenspannung für DHC beträgt 150 bis 200 Megapascal.
DHC-Resistenz vs. quantitativer Alpha-Phasenanteil
Alpha-Phasenvolumenanteil (%) Legierungsbeispiel H-Diffusionskoeffizient (cm2/s, 25 Grad) DHC-Schwellenspannung (MPa) 100 Grad 2 (kommerziell rein) 2 × 10-10 120–180 70 Grad 9 (Ti-3Al-2,5 V) 5 × 10-10 160–220 50–60 Grad 5 (Ti-6Al-4V) 8 × 10-10 180–250 30–40 Beta-C (Ti-35V-15Cr) 2 × 10-9 200–280 0 Beta-21S (Ti-15Mo-3Al-3Nb) 5 × 10-9 250–350
Einfluss des Alpha--Phasenanteils auf die Wasserstofftoleranz
Alpha-Anteil (%)|Max. zulässiges H für<0.1 mm/year Crack Growth (ppm) | Recommended for Sour Service 100 | 150-200 |Marginal 70 200-300 Acceptable
50–60 300–400 30 - 40 400 - 600 GutSehr gut 0 600-1.000 Ausgezeichnet
Technische Beratung
Increasing DHC threshold stress for hydrogen-rich sour service (H2S partial pressure >0,1 bar) Geben Sie Zweiphasenlegierungen mit einem geringeren Alpha-Phasen-Volumenanteil an (z. B. Grad 5 oder Beta-C). Der Ingenieur verbessert die Wasserstofftoleranz, indem er den Alpha--Phasenprozentsatz anpasst.
