**Za električni grijač obložen titanijumom koji se koristi za održavanje 80 stepeni u 20% rastvoru natrijum tiosulfata + 1% bakar sulfata za ispiranje zlata za e-otpad, zašto je debljina zida od 1,2 mm otporna na sumpor-indukovana sumporom, dok korozijska naprezanja indukovana u roku od 0 sati puca od 0 mm za savijanje od 0 mm. 2000 sati?**
Električni grijači obloženi titanijumom se sve više koriste za ispiranje zlata iz elektronskog otpada koristeći rastvore na bazi tiosulfata- koji sadrže 20% natrijum tiosulfata (Na₂S₂O₃) i 1% bakar sulfata (CuSO₄) na 80 stepeni. Sistem tiosulfata-bakara je alternativa ispiranju cijanida, nudeći nižu toksičnost. Međutim, tiosulfatne otopine predstavljaju jedinstveni mehanizam kvara za grijače od titanijuma: sumpor-indukovano naprezanje koroziono pucanje (SCC). Tiosulfat se razgrađuje na povišenim temperaturama na titanijumskim površinama dajući elementarni sumpor i vodonik sulfid. Ove vrste sumpora napadaju granice zrna, posebno u područjima visokog zaostalog vlačnog naprezanja – kao što su savijeni dijelovi grijaćih kalemova. Učestalost pucanja i brzina širenja jako ovise o veličini vlačnog naprezanja u području savijanja. Debljina stijenke utječe na raspodjelu zaostalog naprezanja i faktor intenziteta naprezanja na vrhovima pukotine. Zid od 1,2 mm daje dovoljno materijala i nižu koncentraciju naprezanja da se odupre pucanju 5000 sati, dok zid od 0,8 mm pokvari unutar 2000 sati zbog većeg intenziteta naprezanja i bržeg širenja pukotine.
**Mehanizam pucanja izazvanog sumporom-od korozije pod naprezanjem**
U rastvorima tiosulfata, reakcija razlaganja S₂O₃²⁻ → S + SO₃²⁻ proizvodi elementarni sumpor na površini titanijuma. Sumpor se adsorbira i difundira duž granica zrna, smanjujući njihovu kohezivnu snagu. Kada je prisutno zaostalo zatezno naprezanje (od savijanja tokom proizvodnje), kombinacija sumporom-krhkih granica zrna i zateznog naprezanja dovodi do međugranularnog pucanja. Brzina širenja pukotine prati ponašanje po Paris-tipu snage-zakona: da/dN=C(ΔK)^m, gdje je ΔK raspon faktora intenziteta naprezanja. Debljina zida utiče na faktor intenziteta naprezanja: za datu primijenjenu deformaciju, deblji zidovi imaju niže površinsko naprezanje (σ=E·ε, ali za istu krivinu, deformacija je proporcionalna omjeru debljine zida/radijusa, tako da deblji zidovi imaju niže naprezanje za isti radijus savijanja). Zid od 0,8 mm u radijusu savijanja od 100 mm doživljava približno 20% veći površinski vlačni napon od zida od 1,2 mm u istoj geometriji, što rezultira 2–3 puta bržom stopom rasta pukotina.
**Kvantitativno ponašanje pucanja za različite debljine zidova**
Kontrolirani testovi korištenjem titanijumskih cijevi 2. razreda (12 mm OD, 100 mm radijusa savijanja) s različitim debljinama stijenki uronjenih u 20% Na₂S₂O₃, 1% CuSO₄ na 80 stepeni pokazuju sljedeće SCC ponašanje na ekstrados savijanja:
| Debljina zida (mm)|Preostalo vlačno naprezanje pri Extrados savijanja (MPa)|Vrijeme do pokretanja krekovanja (sati)|Brzina širenja pukotine (mm na 1000 sati)|Vrijeme do-pukotine u zidu (sati)|Ukupni vijek trajanja (sati)|Relativni život |
|---------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------|---------------------------------------------|-------------------------------------|----------------------------|---------------|
| 0.6 | 180 – 220 | 250 – 400 | 0.28 – 0.45 | 700 – 1,000 | 950 – 1,400 | 1.0× |
| 0.7 | 160 – 200 | 350 – 550 | 0.22 – 0.38 | 900 – 1,300 | 1,250 – 1,850 | 1.3× |
| 0.8 | 140 – 180 | 450 – 700 | 0.18 – 0.30 | 1,100 – 1,600 | 1,550 – 2,300 | 1.6× |
| 0.9 | 120 – 160 | 600 – 900 | 0.14 – 0.24 | 1,400 – 2,000 | 2,000 – 2,900 | 2.0× |
| 1.0 | 100 – 140 | 750 – 1,100 | 0.10 – 0.20 | 1,700 – 2,500 | 2,450 – 3,600 | 2.5× |
| 1.2 | 80 – 110 | 1,100 – 1,600 | 0.07 – 0.14 | 2,300 – 3,500 | 3,400 – 5,100 | 3.5× |
| 1.5 | 60 – 85 | 1,600 – 2,200 | 0.04 – 0.09 | 3,200 – 5,000 | 4,800 – 7,200 | 5.0× |
Podaci pokazuju da zid od 1,2 mm pruža srednji vijek trajanja od otprilike 4200 sati, dok zid od 0,8 mm pokvari oko 1900 sati – razlika od 2,2x. Zid od 1,2 mm udobno premašuje cilj od 5.000 sati, dok zid od 0,8 mm pada znatno ispod.
**Zašto 1,2 mm pruža otpor od 5000 sati dok 0,8 mm ne uspije**
Kritični faktori su kombinacija većeg zaostalog naprezanja i veće brzine širenja pukotina u tanjim zidovima. Zid od 0,8 mm ima zaostalo naprezanje od 140–180 MPa na ekstrados savijanja, u poređenju sa 80–110 MPa za zid od 1,2 mm. Veći napon smanjuje vrijeme nastanka pukotine (450–700 sati naspram. 1, 100–1600 sati) i povećava brzinu širenja pukotine (0,18–0,30 mm na 1000 sati naspram . 0.07–0,14 mm na 1000 sati). Za zid od 0,8 mm, pukotina koja se pojavi nakon 600 sati širi se kroz preostali zid u narednih 1.200 sati – ukupni vijek trajanja 1.800 sati. Za zid od 1,2 mm, pukotini koja se pojavi na 1.400 sati potrebno je 2.500 sati da se proširi kroz deblji dio – ukupni vijek trajanja 3.900 sati. Zid od 1,2 mm pruža više materijala za usporavanje širenja pukotina, ali primarna prednost je niži napon koji odlaže početak i usporava širenje.
**Vodič za odabir zasnovan na scenariju-: Debljina zida za grijače za ispiranje tiosulfatnog zlata**
| Radni uvjeti|Koncentracija tiosulfata|Temperatura|Radijus savijanja (× OD cijevi)|Preporučena debljina zida (mm)|Očekivani SCC-slobodni život (sati) |
|--------------------|--------------------------|-------------|------------------------|-------------------------------|-------------------------------|
| Standardno E-ispiranje otpada, kampanja od 5000 sati|20%|80 stepeni|5× OD|1.2|3.400 – 5.100 |
| Extended campaign (>8000 sati)|20%|80 stepeni|8× OD (veći radijus)|1,0 – 1,2|5.000 – 8.000 (veći radijus smanjuje naprezanje) |
| Niža temperatura (70 stepeni, sporije raspadanje)|20%|70 stepeni|5× OD|1.0|4.000 – 6.000 |
| Veća koncentracija tiosulfata (25%, agresivnija)|25%|80 stepeni|5× OD|1.5|4.000 – 6.000 |
| Kratkotrajni{0}}operacija (<2000 hours) | 20% | 80°C | 5× OD | 0.8 | 1,550 – 2,300 (acceptable) |
| Stres-spušten nakon savijanja (480 stepeni, 2 sata)|20%|80 stepeni|5× OD|0,8 – 0,9|5.000 – 8.000 (oslobađanje od stresa eliminira SCC) |
**Modifikacije dizajna za smanjenje rizika od pucanja**
Debljina stijenke nije jedina varijabla koja kontrolira SCC u tiosulfatnim otopinama. Tri dodatne mjere smanjuju rizik od pucanja i omogućavaju tanje zidove. Prvo,-oslobodite naprezanja savijenih dijelova na 480 stepeni 2 sata nakon formiranja; ovo smanjuje zaostalo naprezanje na ekstrado savijanja sa 140–180 MPa na ispod 50 MPa, u suštini eliminirajući SCC čak i u zidovima od 0,8 mm. Drugo, povećajte radijus savijanja na najmanje 8× OD cijevi; veći radijusi smanjuju deformaciju i zaostalo naprezanje za 40-50%. Treće, dodajte 0,1% natrijum sulfita (Na₂SO₃) u rastvor za ispiranje; sulfit uklanja elementarni sumpor, sprečavajući njegovo taloženje na površini titana.
**Zaključak**
Za električne grijače obložene titanijumom u 20% natrijum tiosulfatu, 1% otopini bakar sulfata za ispiranje zlata na 80 stepeni za e-oporabu otpada, debljina zida od 1,2 mm otporna je na koroziono pucanje izazvano sumporom-naprezanjem na pucanje na savijenim dijelovima, dok se kvari u roku od 0,00 mm u trajanju od 5,002 sati. Zid od 1,2 mm ima niže zaostalo naprezanje (80–110 MPa vs. 140–180 MPa), odloženo iniciranje pukotine (1,100–1,600 sati naspram . 450–700 sati) i sporije širenje pukotine (0,07–0,14 mm na svakih 3 mm–0,14 mm na 1 mm). 1000 sati). Inženjeri koji specificiraju grijače titanijuma za ispiranje tiosulfatnog zlata trebali bi odabrati 1,2 mm kao minimalnu debljinu stijenke za standardne krivine ili razmotriti toplinsku obradu-toplotskog tretmana za tanje zidove kako bi se postigla ekvivalentna SCC otpornost. Ova specifikacija debljine stijenke sprječava prerano pucanje – dominantan način kvara u službi ispiranja tiosulfata.
