যখন একটি টাইটানিয়াম হিটিং টিউব একটি ব্রাইন চিলার ইভাপোরেটরে ব্যবহার করা হয় (20% CaCl₂ ব্রিনে -20 ডিগ্রি থেকে 40 ডিগ্রি তাপ পাম্প সাইকেলে নিমজ্জিত), কীভাবে দেয়ালের পুরুত্ব নিম্ন-তাপমাত্রার বাধা এবং ফাটলের ঝুঁকিকে প্রভাবিত করে?
একটি বার্তা রেখে যান
সাবজেরো ব্রাইন পরিষেবার জন্য টাইটানিয়াম হিটার ডিজাইনে বেসিক ট্রেড- বন্ধ৷
ব্রাইন চিলার ইভাপোরেটর 20% ক্যালসিয়াম ক্লোরাইড (CaCl2) ব্রাইনকে সেকেন্ডারি রেফ্রিজারেন্ট হিসেবে ব্যবহার করে, -20 ডিগ্রি (বাষ্পীভবন) এবং 40 ডিগ্রি (ঘনত্ব/ডিফ্রস্ট) এ কাজ করে। কখনও কখনও ডিফ্রস্টিং বা তাপমাত্রা রক্ষণাবেক্ষণের জন্য টাইটানিয়াম গরম করার টিউব রাখা হয়। টাইটানিয়ামের শূন্যের নিচে নমনীয় থেকে ভঙ্গুর পর্যন্ত একটি রূপান্তর তাপমাত্রা রয়েছে। টাইটানিয়াম কার্বন স্টিলের বিপরীতে -250 ডিগ্রি পর্যন্ত নমনীয় থাকে, তবে খাঁজ, অবশিষ্ট টান বা হাইড্রোজেন -10 ডিগ্রির নিচে ভঙ্গুর ফ্র্যাকচার ঘটাতে পারে। প্রাচীরের পুরুত্ব খাঁজের অগ্রভাগে চাপের অবস্থা এবং তাপীয় সাইক্লিংয়ের সময় শীতল হওয়ার হারকে প্রভাবিত করে। বিশ্লেষণটি -20 ডিগ্রি এবং 40 ডিগ্রির মধ্যে চক্রাকারে টাইটানিয়াম হিটিং টিউবগুলিতে নিম্ন-তাপমাত্রার ভ্রূণ ফাটলের ঝুঁকি অনুমান করে এবং প্রাচীরের বেধ গণনা করে যা এই ঝুঁকিকে কমিয়ে দেয়।
যান্ত্রিক অখণ্ডতার উপর প্রভাব: টাইটানিয়ামে ভঙ্গুর রূপান্তর নমনীয়
টাইটানিয়াম গ্রেড 2-এ একটি ষড়ভুজ ক্লোজ প্যাকড (HCP) স্ফটিক কাঠামো রয়েছে। HCP ধাতু, BCC স্টিলের বিপরীতে, একটি তীক্ষ্ণ নমনীয়-থেকে-ভঙ্গুর পরিবর্তনের তাপমাত্রা প্রদর্শন করে না। টাইটানিয়াম 50 J এর উপরে -50 ডিগ্রী পর্যন্ত চার্পি প্রভাব শক্তি দেখায়। যাইহোক, ফ্র্যাকচারের শক্ততা শূন্যের নিচে-তাপমাত্রায় পড়ে, যখন একটি তীক্ষ্ণ খাঁজ থাকে (যেমন ওয়েল্ড টো, স্ক্র্যাচ বা পিটিং সাইট)। 20 ডিগ্রিতে গ্রেড 2 টাইটানিয়ামের প্লেন-স্ট্রেন ফ্র্যাকচার শক্ততা K_IC প্রায় 100 MPa√m এবং -20 ডিগ্রিতে এটি 70–80 MPa√m এ কমে যায়। যদি আপনার অবশিষ্ট প্রসার্য চাপের সাথে একটি খাঁজ থাকে (বাঁকানো বা ঢালাই থেকে) তাহলে আপনি ভঙ্গুর ফ্র্যাকচার পেতে পারেন। এখনও বেশ শক্ত।
প্রাচীর বেধ একটি খাঁজ ডগা টান ত্রিঅক্ষীয়তা প্রভাবিত করে. বেধ যত বেশি হবে, সীমাবদ্ধতা তত বেশি হবে, অর্থাৎ স্ট্রেস স্টেটের ট্রায়াক্সিয়ালিটি (প্লেন স্ট্রেনের কাছাকাছি) বড় যার ফলে আপাত ফ্র্যাকচার শক্ততা হ্রাস পায়। এটি দেখা গেছে যে একটি 2.0 মিমি প্রাচীর একটি 1.0 মিমি প্রাচীরের চেয়ে বেশি সীমাবদ্ধতা রয়েছে এবং এইভাবে কম তাপমাত্রায় ভঙ্গুর ফ্র্যাকচারের প্রবণতা বেশি। ফ্র্যাকচার মেকানিক্সের উপর ভিত্তি করে গণনাগুলি নির্দেশ করে যে 1.0 মিমি প্রাচীরের জন্য -20 ডিগ্রিতে ভঙ্গুর ফ্র্যাকচারের জন্য গুরুতর ত্রুটির আকার প্রায় 2 মিমি। 2.0 মিমি প্রাচীরের জন্য এটি 1.5 মিমি। মোটা প্রাচীর ছোটখাটো ত্রুটির জন্য বেশি সংবেদনশীল।
থার্মাল পারফরমেন্সের উপর প্রভাব: কুলিং রেট এবং থার্মাল স্ট্রেস
40 ডিগ্রী থেকে −20 ডিগ্রীতে পরিবর্তনের সময় টাইটানিয়াম খাপ এবং অভ্যন্তরীণ উপাদান (MgO, প্রতিরোধের তার) বিভিন্ন হারে সংকুচিত হয়, তাপীয় চাপ সৃষ্টি করে। তাপীয় চাপ $\\sigma_{thermal}=E*\\alpha*\\Delta T=105 GPa * 8.6e-6 * 60=54 MPa, ফলনের অনেক কম। কিন্তু হিটারের ঠান্ডা চক্র অপারেশনে, অতিরিক্ত বৈদ্যুতিক গরম করা প্রাচীর জুড়ে একটি তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট গঠনের দিকে পরিচালিত করে। মোটা প্রাচীর (2.0 মিমি) পাতলা প্রাচীরের (1.2 ডিগ্রী) তুলনায় একটি বড় গ্রেডিয়েন্ট (ΔT_cond=2.5 ডিগ্রি 2.0 W/cm²) দেখায়। গ্রেডিয়েন্ট অভ্যন্তরীণ পৃষ্ঠের উপর নমন চাপ প্রবর্তন করে।
ট্রেড-সংশ্লেষণ বন্ধ: প্রাচীরের বেধ এবং কম-তাপমাত্রা ফাটলের ঝুঁকি
প্রাচীর বেধ (মিমি) ফ্র্যাকচার শক্ততা KIC -20 ডিগ্রি (MPa√m) ফ্র্যাকচারের জন্য গুরুতর ত্রুটির আকার (মিমি) বাঁকানোর কারণে অবশিষ্ট চাপ (MPa) নিম্ন তাপমাত্রায় ফ্র্যাকচারের ঝুঁকি
0.8 মিমি 80 (প্লেন স্ট্রেস প্রভাবশালী) 2.5 মিমি 50 এমপিএ কম 1.0 মিমি 78 (মিশ্র মোড) 2.2 মিমি 55 এমপিএ কম 1.2 মিমি 75 (মিশ্র মোড) 1.9 মিমি 60 এমপিএ কম-মধ্যম
1.5 মিমি 72 ( সমতলের স্ট্রেন কাছাকাছি) 1.6 মিমি 65 এমপিএ মাঝারি 2.0 মিমি 68 (প্লেন স্ট্রেন) 1.3 মিমি 75 এমপিএ মাঝারি-উচ্চ
মোটা দেয়াল কম ফ্র্যাকচার-কঠিন (বৃহত্তর সীমাবদ্ধতা) এবং ছোট ক্রিটিকাল ফল্ট সাইজ আছে, তাই ছোটখাটো ত্রুটি থেকে ভঙ্গুর ফ্র্যাকচারের প্রবণতা বেশি।
দেয়ালের বাইরে ইঞ্জিনিয়ারিং: অ্যালয় এবং ডিফেক্ট কন্ট্রোল
যেহেতু ফ্র্যাকচারের ঝুঁকি ত্রুটির আকার এবং সীমাবদ্ধতার দ্বারা চালিত হয়, তাই প্রাচীরের বেধ পরিবর্তনের চেয়ে ত্রুটিগুলি হ্রাস করা আরও কার্যকর। টাইটানিয়াম পৃষ্ঠের ইলেক্ট্রোপলিশিং (Ra কম বা 0.2 µm এর সমান) তীক্ষ্ণ চিহ্নগুলি দূর করে এবং চাপের ঘনত্ব হ্রাস করে। ফ্র্যাকচার সূচনার জন্য সবচেয়ে সাধারণ ক্ষেত্রগুলিকে ঢালাই স্থল মসৃণ (কোন আন্ডারকাট নয়) নিশ্চিত করে নির্মূল করা হয়। গ্রেড 1 টাইটানিয়াম (কম আয়রন এবং অক্সিজেন, বেশি নমনীয়তা) বৃদ্ধি কম তাপমাত্রায় কঠোরতা উন্নত করে। গ্রেড 1-এ -20 ডিগ্রিতে 90-100 MPa√m এর K_IC রয়েছে, তাই এটি মূলত 2.0 মিমি প্রাচীর পুরুত্বেও ভঙ্গুর ফ্র্যাকচার থেকে প্রতিরোধী। খুব কম তাপমাত্রা পরিষেবার জন্য, গ্রেড 1 পছন্দ করা হয়।
উপসংহার: পাতলা প্রাচীর (1.0 – 1.2 মিমি) সাব-জিরো ব্রাইন পরিষেবার জন্য অনুকূল
20% CaCl2 ব্রিনে 20% CaCl2 ব্রিনে কম-তাপমাত্রা বাধা এবং ফ্র্যাকচারের ঝুঁকি থাকে যার একটি চক্র -20 ডিগ্রি এবং 40 ডিগ্রি বেশি হয় যখন প্রাচীরের পুরুত্ব ঘন (1.8–2.0 মিমি) থেকে পাতলা হয় (1.0–1.2 মিমি)। মোটা দেয়ালে উচ্চতর স্ট্রেস ট্রায়াক্সিয়ালিটি (সীমাবদ্ধতা) থাকে যা আপাত ফ্র্যাকচারের শক্ততাকে কম করে এবং ভঙ্গুর ফ্র্যাকচারের জন্য ক্রিটিক্যাল ফল্ট সাইজ কমিয়ে দেয়। -20 ডিগ্রীতে একটি 2.0 মিমি প্রাচীর একটি 1.3 মিমি ত্রুটি দ্বারা ভেঙে যেতে পারে, যখন একটি 1.0 মিমি প্রাচীর একটি 2.2 মিমি ত্রুটি সহ্য করতে পারে। সুপারিশকৃত স্পেসিফিকেশন হল গ্রেড 1 বা গ্রেড 2 টাইটানিয়াম প্রাচীর পুরুত্ব 1.0-1.2 মিমি, ইলেক্ট্রোপলিশড সারফেস ফিনিস এবং মসৃণ গ্রাউন্ড ওয়েল্ড। গ্রেড 1 টাইটানিয়ামে আপগ্রেড করা ছাড়া মোটা দেয়াল (1.5 মিমি এর চেয়ে বড় বা সমান) এড়ানো উচিত। প্রস্তুতকারককে সর্বনিম্ন পরিষেবার তাপমাত্রা এবং প্রত্যাশিত ত্রুটির আকার (যেমন স্ক্র্যাচ, ওয়েল্ড আন্ডারকাট) সরবরাহ করুন। সাব-জিরো সাইকেল সহ ব্রাইন চিলার পরিষেবাতে ফ্র্যাকচার প্রতিরোধের জন্য পাতলা ভাল।
