Thẻ: Kỹ thuật vật liệu

Kỹ thuật

Các ứng dụng tiên tiến của gốm sứ và vật liệu tổng hợp trong hàng không vũ trụ: Khái niệm đằng sau chuyến bay siêu thanh và phương tiện tái nhập

13

Các ứng dụng tiên tiến của gốm sứ và vật liệu tổng hợp trong hàng không vũ trụ: Khái niệm đằng sau chuyến bay siêu thanh và phương tiện tái nhập

Nguồn
Nasa
[PDF] Hệ thống bảo vệ nhiệt Composite ma trận gốm (CMC) (TPS …
Vật liệu tổng hợp gốm dựa trên môi trường tái xâm nhập khí quyển
ediweekly.com
Du lịch siêu thanh có thể trở nên thiết thực với khả năng chịu nhiệt mới …
CORDIS | Ủy ban Châu Âu
Vật liệu gốm lai chịu nhiệt có thể cho phép …
Gốm sứ được tái phát hiện có tiềm năng trong chuyến bay siêu thanh ...
Lớp phủ gốm mới có thể có các ứng dụng siêu thanh
Lớp phủ máy bay gốm mới có thể được sử dụng trong chuyến bay siêu thanh

Gốm sứ tiên tiến và vật liệu tổng hợp ma trận gốm (CMC) đóng một vai trò quan trọng trong việc cho phép các phương tiện bay siêu thanh và tái nhập bằng cách giải quyết các thách thức cơ học và nhiệt cực cao gặp phải ở tốc độ vượt quá Mach 5.

Các phương tiện siêu thanh phải đối mặt với sự nóng lên khí động học mạnh mẽ do chuyển đổi động năng thành nhiệt khi chúng di chuyển trong khí quyển với tốc độ lớn hơn năm lần tốc độ âm thanh. Điều này tạo ra tải trọng nhiệt cực cao, đặc biệt là trên các cạnh trước và bề mặt điều khiển sắc nhọn, rất cần thiết cho khả năng cơ động nhưng phải chịu nhiệt độ nghiêm trọng và ứng suất cơ học19.

Không giống như các phương tiện tái nhập cùn truyền thống sử dụng lực cản để đẩy sóng xung kích ra khỏi bề mặt, các phương tiện siêu thanh yêu cầu thiết kế mảnh mai, sắc bén để giảm lực cản và duy trì chuyến bay ổn định. Tuy nhiên, những cạnh sắc nhọn này làm tăng tốc độ gia nhiệt, đòi hỏi các vật liệu có thể chịu được nhiệt độ cao và môi trường oxy hóa mà không bị cắt bỏ hoặc xuống cấp đáng kể9.

CMC, đặc biệt là những CMC được gia cố bằng sợi carbon, cung cấp khả năng chống sốc nhiệt và độ dẻo dai cao. Chúng đóng vai trò là hệ thống bảo vệ nhiệt (TPS) và cấu trúc nóng cho các phương tiện siêu thanh, bao gồm các phương tiện một tầng lên quỹ đạo (SSTO) và hai tầng lên quỹ đạo (TSTO). Vượt ra ngoài cách tiếp cận máy bay cách điện của tàu con thoi, CMC cho phép tích hợp TPS với các thành phần cấu trúc để xử lý các thông lượng nhiệt cao trong quá trình bay siêu thanh và quay trở lại1.

UHTC như zirconium diboride (ZrB2), hafnium diboride (HfB2), zirconium carbide (ZrC) và hafnium carbide (HfC) có nhiệt độ nóng chảy trên 3000 ° C và rất quan trọng để bảo vệ các cạnh trước, lò đốt và vòi phun khỏi nhiệt độ cực cao và quá oxy hóa79. Những gốm sứ này thường được kết hợp với CMC để tạo thành vật liệu lai cân bằng độ dẻo dai, khả năng chống sốc nhiệt và chống xói mòn4.

Những tiến bộ gần đây đã tạo ra vật liệu tổng hợp lai kết hợp CMC nhẹ với UHTC siêu cứng, dẫn đến các vật liệu có khả năng xói mòn và tự phục hồi gần như bằng không dưới ứng suất nhiệt. Những vật liệu này tạo thành các lớp bảo vệ bên ngoài và các pha lỏng bên trong để sửa chữa hư hỏng trong quá trình bay, cho phép các thành phần siêu thanh có thể tái sử dụng và giảm chi phí4.

Lớp phủ cacbua gốm mới được phát triển thông qua quá trình thấm nóng chảy phản ứng (RMI) tích hợp UHTC vào vật liệu tổng hợp carbon-carbon, tăng cường độ bền và khả năng chống oxy hóa và cắt bỏ ở tốc độ siêu thanh. Sự tích hợp này ngăn ngừa nứt và bong tróc mà UHTC nguyên chất phải chịu dưới ứng suất cơ học, làm cho chúng phù hợp với nón mũi và các cạnh trước tiếp xúc với nhiệt độ khắc nghiệt35.

  • : Vật liệu phải chịu được nhiệt độ vượt quá 3000 ° C mà không bị nóng chảy hoặc phân hủy.

  • : Chuyến bay siêu thanh khiến các bề mặt tiếp xúc với môi trường oxy hóa mạnh, đòi hỏi các vật liệu duy trì tính toàn vẹn trong những điều kiện này.

  • : Vật liệu phải chịu ứng suất cơ học cao và sốc nhiệt do chu kỳ làm nóng và làm mát nhanh.

  • : Để duy trì hiệu quả bay, vật liệu phải nhẹ nhất có thể đồng thời cung cấp độ bền kết cấu.

  • : Vật liệu tổng hợp tự phục hồi kéo dài tuổi thọ của các thành phần trong nhiều chuyến bay, rất quan trọng để di chuyển siêu thanh hiệu quả về chi phí1479.

Những vật liệu gốm sứ và vật liệu tổng hợp tiên tiến này cho phép thiết kế các phương tiện siêu thanh với hình dạng sắc nét, khí động học cần thiết cho khả năng cơ động và hiệu quả, đồng thời cung cấp khả năng bảo vệ nhiệt cần thiết để tồn tại trong các điều kiện khắc nghiệt của chuyến bay siêu thanh và tái xâm nhập khí quyển19.

Sự kết hợp giữa vật liệu hiệu suất cao và phương pháp chế tạo sáng tạo này là chìa khóa để thực hiện du lịch siêu thanh thực tế và các phương tiện tiếp cận không gian có thể tái sử dụng.

 

Ứng dụng tiên tiến của gốm sứ và vật liệu tổng hợp trong hàng không vũ trụ: Khái niệm đằng sau các phương tiện bay siêu thanh và tái nhập.

Lĩnh vực gốm sứ và vật liệu tổng hợp tiên tiến đã cách mạng hóa kỹ thuật hàng không vũ trụ, cho phép phát triển các công nghệ tiên tiến như máy bay siêu thanh và phương tiện tái nhập cảnh thế hệ tiếp theo. Những vật liệu này rất quan trọng để vượt qua các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, ứng suất cơ học và lực khí động học gặp phải trong quá trình bay tốc độ cao và tái nhập cảnh khí quyển.

Tại sao gốm sứ và vật liệu tổng hợp lại thiết yếu đối với các phương tiện siêu thanh và tái nhập cảnh?

1. Bảo vệ nhiệt: Sống sót trong điều kiện nhiệt độ cực cao
Khi tàu vũ trụ hoặc phương tiện siêu thanh quay trở lại bầu khí quyển Trái đất, chúng sẽ gặp phải nhiệt độ vượt quá 1.650°C (3.000°F) do lực nén và ma sát của không khí. Các kim loại thông thường sẽ tan chảy trong những điều kiện này, nhưng gốm sứ và vật liệu tổng hợp tiên tiến, chẳng hạn như:

↳Carbon-Carbon gia cường (RCC) – Được sử dụng trên chóp mũi và mép trước cánh của Tàu con thoi.

↳Gạch nền silicon (ví dụ: LI-900) – Gốm sứ nhẹ, cách nhiệt giúp bảo vệ phần dưới của tàu con thoi.

↳Gốm siêu nhiệt (UHTC) – Zirconium diboride (ZrB₂) và hafni carbide (HfC) dành cho các phương tiện siêu thanh thế hệ tiếp theo.

Những vật liệu này tản nhiệt hiệu quả trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc.

2. Thiết kế khí động học: Hình dạng độc đáo của tàu con thoi
Thiết kế thân tàu con thoi không phải là ngẫu nhiên mà là sự lựa chọn kỹ thuật có chủ đích để:

↳Giảm tỏa nhiệt bằng cách tạo ra sóng xung kích làm chệch hướng năng lượng nhiệt.
↳Giảm tốc độ hạ cánh bằng cách tăng lực cản, ngăn ngừa quá nhiệt.
↳Phân bổ tải nhiệt trên các tấm gốm gia cố thay vì tập trung nhiệt vào các cạnh sắc.

3. Vật liệu composite nhẹ và có độ bền cao cho chuyến bay siêu thanh
Máy bay siêu thanh (Mach 5+) yêu cầu vật liệu vừa nhẹ vừa cực bền. Các vật liệu composite tiên tiến như:

↳Vật liệu composite cacbon-cacbon – Tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao.

↳Vật liệu composite ma trận gốm (CMC) – Chống oxy hóa và sốc nhiệt.

↳Polyme gia cường sợi – Được sử dụng trong khung máy bay để giảm trọng lượng trong khi vẫn duy trì độ cứng.

Những cải tiến này cho phép duy trì chuyến bay siêu thanh mà không bị hỏng cấu trúc.

Tương lai: Phương tiện tái nhập thế hệ tiếp theo & Công nghệ siêu thanh
Nghiên cứu đang được tiến hành để phát triển các vật liệu thậm chí còn bền hơn, chẳng hạn như:

↳Gốm tự phục hồi có thể sửa chữa các vết nứt nhỏ trong khi bay.

↳Vật liệu tổng hợp được phân loại chuyển đổi từ bề mặt chịu nhiệt sang cấu trúc chịu lực.

↳Hệ thống làm mát chủ động được nhúng trong vật liệu bảo vệ nhiệt.

Samarjeet Kumar Singh

TestUrSelf- Best platform for GATE exam

#Engineering #MaterialsScience #Hypersonic #SpaceTech #Ceramics #Composites #GATE #Metallurgy #MetallurgicalEngineering #MaterialsEngineering #TestUrSelf

Kỹ thuật, Khoa học vật liệu, Siêu thanh, Công nghệ vũ trụ, Gốm sứ, Vật liệu tổng hợp, GATE, Luyện kim, Kỹ thuật luyện kim, Kỹ thuật vật liệu, Kiểm tra bản thân
(St.)
Kỹ thuật

Phân loại thép cacbon và thép hợp kim thấp

14

Phân loại thép cacbon và thép hợp kim thấp

Nguồn
Xometry
Thép hợp kim so với thép cacbon – Xometry
totalmateria.com
Phân loại thép cacbon và hợp kim thấp | Total Materia
Phân loại thép cacbon và thép hợp kim thấp – LinkedIn
Các loại thép & bảng xếp hạng thép – Kho thép dịch vụ
Hàm lượng kim loại carbon, Phân loại thép và thép hợp kim
Sự khác biệt giữa thép hợp kim thấp và thép hợp kim cao
Tất cả về thép hợp kim
Thép hợp kim và thép carbon: Giải thích sự khác biệt chính năm 2025
Lớp kim loại: Chỉ định để phân loại kim loại tấm

Thép cacbon và thép hợp kim thấp được phân loại chủ yếu dựa trên thành phần hóa học của chúng, đặc biệt là hàm lượng cacbon và sự hiện diện của các nguyên tố hợp kim.

Thép cacbon được Viện Sắt thép Hoa Kỳ (AISI) định nghĩa là thép không có hàm lượng yêu cầu tối thiểu đối với các nguyên tố hợp kim như crom, niken, molypden, v.v. và có giới hạn về các nguyên tố như mangan (tối đa 1,65%), silicon (tối đa 0,60%) và đồng (tối đa 0,60%)23.

Thép cacbon được phân loại thành bốn loại chính dựa trên hàm lượng cacbon:

  • : Chứa tới khoảng 0,30% carbon (một số nguồn chỉ định lên đến 0,10% hoặc 0,15%). Nó có khả năng định hình cao, dẻo và được sử dụng trong các tấm thân xe ô tô, các sản phẩm dây, tấm thiếc và các ứng dụng kết cấu2578.

  • : Chứa khoảng 0,30% đến 0,60% carbon. Nó cung cấp sự cân bằng giữa sức mạnh và độ dẻo và được sử dụng cho trục, trục, bánh răng, rèn và các bộ phận ô tô2578.

  • : Chứa khoảng 0,60% đến 1,00% carbon. Nó rất chắc chắn và được sử dụng cho lò xo, dụng cụ cắt và dây có độ bền cao257.

  • : Chứa khoảng 1,25% đến 2,0% carbon. Nó có thể được ủ đến độ cứng lớn và được sử dụng cho các ứng dụng đặc biệt như dao, cú đấm và trục57.

Thép cacbon cũng có thể được phân loại theo các hoạt động khử oxy (có viền, có nắp, bán chết, tiêu diệt), ảnh hưởng đến các đặc tính của thép3.

Thép hợp kim thấp chứa các nguyên tố hợp kim bổ sung (chẳng hạn như niken, crom, molypden) với tổng số lượng thường từ khoảng 2% đến dưới 10% (dưới mức thép không gỉ)23.

Thép hợp kim thấp được phân thành bốn nhóm chính dựa trên thành phần và xử lý nhiệt:

  • : Chúng có độ bền năng suất cao (350 đến 1035 MPa), độ dẻo dai, độ dẻo, chống ăn mòn và khả năng hàn tốt. Ví dụ bao gồm HY-80 và HY-100, thường được sử dụng trong tấm, rèn và đúc23.

  • : Thép kết cấu có cường độ năng suất vượt quá 1380 MPa, có nhiều dạng khác nhau như thanh, thanh, tấm và dây hàn23.

  • : Được sử dụng cho vòng bi và ổ lăn, bao gồm thép cứng cacbon thấp và thép cứng cacbon cao, thường được chỉ định theo tiêu chuẩn SAE / AISI23.

  • : Thép hợp kim được thiết kế cho các ứng dụng nhiệt độ cao23.

Thép hợp kim thấp được thiết kế để cải thiện tính chất cơ học và chống ăn mòn trong khi vẫn duy trì khả năng định hình và khả năng hàn hợp lý56.

Tóm lại, thép cacbon chủ yếu được phân loại theo hàm lượng cacbon thành thép cacbon thấp, trung bình, cao và cực cao, trong khi thép hợp kim thấp được xác định bởi sự hiện diện của các nguyên tố hợp kim quan trọng và được phân loại thêm theo độ bền, xử lý nhiệt và các đặc tính cụ thể của ứng dụng2357.

 

Phân loại thép cacbon và thép hợp kim thấp 🔥

Thép là nền tảng của vô số ngành công nghiệp — nhưng việc lựa chọn đúng loại thép quan trọng hơn hầu hết mọi người nhận ra.

Sau đây là bản phân tích nhanh và thực tế về cách phân loại thép cacbon và thép hợp kim thấp và vị trí của chúng trong ASME P-Numbers.

🎯 Mục tiêu:
Giải thích về phân loại thép cacbon và thép hợp kim thấp, các loại thép, ASME P-Nos và lý do tại sao những sự khác biệt này lại quan trọng trong kỹ thuật và chế tạo.

🚀 Tiêu chí phân loại:

– Thành phần: Cacbon, thép hợp kim thấp hoặc thép không gỉ
– Phương pháp sản xuất: Lò hở, lò oxy cơ bản hoặc lò điện
– Hoàn thiện: Cán nóng hoặc cán nguội
– Dạng sản phẩm: Thanh, tấm, lá, dải, ống, kết cấu
– Khử oxy: Đã khử, bán khử, phủ hoặc viền
– Cấu trúc vi mô: Ferritic, perlit hoặc martensitic
– Mức độ bền: Theo tiêu chuẩn ASTM
– Xử lý nhiệt: Ủ, làm nguội, ram, xử lý nhiệt cơ học
– Chất lượng: Rèn hoặc chất lượng thương mại

⚡️ Các loại thép cacbon chính (có ASME P-Nos):

– Thép cacbon thấp (Thép mềm) — P-No. 1 Nhóm 1
-Thép các-bon trung bình — P-No. 1 Nhóm 1 & 2
-Thép các-bon cao — Thường nằm ngoài phạm vi của Mã ASME đối với các ứng dụng chịu áp suất

📌 Các loại thép hợp kim thấp chính (có P-No của ASME):

-Thép crom-molypden (ví dụ: ASTM A335 P11, P22) — P-No. 4, 5A/5B
-Thép Niken (tối đa 9% Ni) —
-Thép Mangan hợp kim thấp —
-Thép hợp kim thấp cường độ cao (HSLA) —

📣 Lợi ích chính:
-Giúp lựa chọn vật liệu có độ bền, độ dẻo dai, khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn
-Đảm bảo tuân thủ quy định của ASME, ASTM và các tiêu chuẩn công nghiệp khác
-Tăng cường độ an toàn và độ bền trong bình chịu áp suất, đường ống và các ứng dụng kết cấu

🔑 Những điểm chính:

-Biết được các phân loại thép và Số P của ASME giúp đơn giản hóa việc lập kế hoạch chế tạo, quy trình hàn và kiểm soát chất lượng.
-Thép cacbon và thép hợp kim thấp bao gồm nhiều ứng dụng — từ thép mềm cho các kết cấu chung đến thép Cr-Mo cho môi trường nhiệt độ cao, áp suất cao.
-Loại thép phù hợp đảm bảo cả hiệu suất và tuân thủ quy định.

Govind Tiwari,PhD.
#Steel #CarbonSteel #LowAlloySteel #ASME #PNumbers #PressureVessels #MaterialsEngineering #Fabrication #Welding #ASTM #IndustryInsights #quality #qms #iso9001 #qa #qc

Thép, Thép Cacbon, Thép Hợp Kim Thấp, ASME, Số P, Bình Áp Suất, Kỹ Thuật Vật Liệu, Chế Tạo, Hàn, ASTM, Thông Tin Ngành, chất lượng, qms, iso 9001, qa, qc
(St.)
Kỹ thuật

Ăn mòn điện hóa và tác động

41

Ăn mòn điện hóa và tác động

Nguồn
ampp
Ăn mòn điện hóa – AMPP
Hiểu về ăn mòn điện hóa: Khái niệm, Nguyên nhân và …
Ăn mòn điện hóa là gì? Nguyên nhân, ảnh hưởng và phòng ngừa

Ăn mòn điện là một quá trình điện hóa xảy ra khi hai kim loại khác nhau được kết nối điện với nhau khi có chất điện phân, chẳng hạn như nước có chứa muối. Trong trường hợp này, kim loại phản ứng nhiều hơn (cực dương) bị ăn mòn nhanh hơn so với một mình, trong khi kim loại ít phản ứng hơn (cực âm) được bảo vệ147.

Nguyên nhân và cơ chế

  • Kim loại khác nhau: Sự ăn mòn xảy ra do sự khác biệt về điện thế giữa các kim loại.

  • Sự hiện diện của chất điện phân: Chất điện phân tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển ion, cho phép dòng điện chạy thúc đẩy sự ăn mòn.

  • Dòng điện hóa: Các kim loại cao hơn trong chuỗi phản ứng bị ăn mòn ưu tiên khi kết hợp với các kim loại ít phản ứng hơn4.

Tác động của ăn mòn điện

Tính toàn vẹn của cấu trúc

Ăn mòn mạ làm suy yếu các bộ phận chịu lực bằng cách giảm độ dày vật liệu và tạo ra các điểm tập trung ứng suất. Điều này có thể dẫn đến các hỏng hóc bất ngờ trong cơ sở hạ tầng quan trọng như cầu, đường ống, giàn khoan ngoài khơi và tàu biển256.

Chi phí kinh tế

  • Chi phí bảo trì và sửa chữa do ăn mòn điện là đáng kể, thường chiếm tới 30% ngân sách bảo trì cơ sở hạ tầng.

  • Thời gian ngừng hoạt động do hỏng hóc liên quan đến ăn mòn dẫn đến giảm năng suất và tăng chi phí, đặc biệt là trong các ngành như dầu khí245.

Thiệt hại về thẩm mỹ và chức năng

  • Các khuyết điểm bề mặt, đổi màu và rỗ làm giảm sự xuất hiện của cấu trúc kim loại và hàng tiêu dùng.

  • Ăn mòn có thể làm giảm kết nối điện, khớp nối cơ học và độ tin cậy tổng thể của hệ thống25.

Mối quan tâm về an toàn

  • Sự mất ổn định về cấu trúc và hỏng hóc thành phần gây rủi ro cho an toàn công cộng.

  • Rò rỉ trong hệ thống chất lỏng và thiết bị trục trặc có thể do hư hỏng do ăn mòn5.

Rủi ro môi trường

Hỏng hóc đường ống và hệ thống cấp nước do ăn mòn điện có thể dẫn đến ô nhiễm và khắc phục môi trường tốn kém4.

Sử dụng tích cực phản ứng điện

Điều thú vị là các nguyên tắc ăn mòn điện được sử dụng một cách có lợi trong các hệ thống bảo vệ cathodic. Cực dương hy sinh làm bằng kim loại phản ứng cao (ví dụ: kẽm, magiê) ăn mòn ưu tiên để bảo vệ các cấu trúc quan trọng như tàu, giàn khoan ngoài khơi và đường ống6.

Chiến lược phòng ngừa và giảm thiểu

  • Lựa chọn vật liệu: Sử dụng kim loại có tính chất điện hóa tương tự để giảm thiểu sự khác biệt điện thế điện.

  • Lớp phủ bảo vệ: Thi công sơn hoặc lớp phủ epoxy để ngăn tiếp xúc với chất điện phân.

  • Vật liệu cách nhiệt: Cách ly điện các kim loại khác nhau để ngăn dòng điện chảy.

  • Bảo vệ Cathodic: Sử dụng cực dương hy sinh để chuyển hướng sự ăn mòn từ các thành phần quan trọng248.

Tóm tắt

Ăn mòn điện hóa là một mối quan tâm nghiêm trọng trong nhiều ngành công nghiệp do khả năng gây ra thiệt hại nghiêm trọng về cấu trúc, tổn thất kinh tế và các mối nguy hiểm về an toàn. Hiểu được cơ sở điện hóa của nó cho phép các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát hiệu quả, bảo vệ tuổi thọ cơ sở hạ tầng và thiết bị1245.

Hiểu về ăn mòn điện hóa và tác động của nó đến kỹ thuật!

Bạn đã bao giờ tự hỏi tại sao một số cấu trúc kim loại bị hỏng sớm trong khi những cấu trúc khác tồn tại trong nhiều thập kỷ chưa? Câu trả lời thường nằm ở ăn mòn điện hóa—một khái niệm quan trọng đối với GATE MT/XE và kỹ thuật thực tế. Hãy cùng phân tích!

Ăn mòn điện hóa là gì?

Khi hai kim loại/hợp kim khác nhau được ghép nối điện trong chất điện phân (ví dụ: nước biển, không khí ẩm), một ô ăn mòn sẽ hình thành:

✓Anode: Kim loại phản ứng (ví dụ: thép, kẽm) hòa tan.
✓Cực âm: Kim loại quý (ví dụ: đồng, đồng thau) được bảo vệ.

Ví dụ thực tế:
⚠️ Vít thép bị ăn mòn trong tấm đồng thau (ứng dụng hàng hải)
⚠️ Ống thép bị hỏng gần các mối nối bằng đồng (bình nước nóng)

Các yếu tố chính kiểm soát ăn mòn Galvanic
1️⃣ Chuỗi Galvanic:
✓Các kim loại như Mg, Zn là kim loại hoạt động (anot).
✓Au, Pt là kim loại quý (catot).
✓Thép không gỉ có thể hoạt động hoặc thụ động!

2️⃣ Tỷ lệ diện tích bề mặt:
✓Anot nhỏ + Catot lớn = Ăn mòn nhanh (mật độ dòng điện cao).
✓Ví dụ: Một đinh tán thép nhỏ trên tấm đồng sẽ bị ăn mòn nhanh.

3️⃣ Độ dẫn điện của chất điện phân:
✓Nước biển (độ dẫn điện cao) > Nước ngọt > Không khí ẩm.

Tại sao điều này quan trọng đối với GATE & Kỹ thuật
✓Lựa chọn vật liệu: Tránh ghép nối các kim loại ở xa trong chuỗi mạ điện (ví dụ: Al-Cu trong máy bay).
✓Kỹ thuật dân dụng: Ăn mòn cốt thép trong bê tông (thép không gỉ so với thép cacbon).
✓Lỗi thiết kế: Đường ống, thân tàu và các bộ phận ô tô.

Các cách ngăn ngừa ăn mòn mạ điện
✓Ghép nối các kim loại gần nhau: Chọn hợp kim gần trong chuỗi mạ điện (ví dụ: thép + gang).
✓Tăng diện tích anot: Anot lớn hơn = tốc độ ăn mòn chậm hơn.
✓Cách điện: Sử dụng vòng đệm/gioăng nhựa giữa các kim loại.
✓Gắn Anot: Gắn kim loại phản ứng mạnh hơn (ví dụ: kẽm trên thân tàu).

Samarjeet Kumar Singh 


#GATE #MaterialsEngineering #MaterialScience #Corrosion #GATEMT #TestUrSelf #Metallurgy #MetallurgicalEngineering #MaterialsScience
GATE, Kỹ thuật vật liệu, Khoa học vật liệu, Ăn mòn, GATEMT, TestUrSelf, Luyện kim, Kỹ thuật luyện kim, Khoa học vật liệu
(St.)
Kỹ thuật

Ảnh hưởng của hydro ở nhiệt độ cao (HTHA)

39

Ảnh hưởng của hydro ở nhiệt độ cao (HTHA)

Tấn công hydro ở nhiệt độ cao (HTHA)
Tấn công hydro ở nhiệt độ cao – Wikipedia tiếng Việt
Ndt
Hội nghị và Triển lãm NDT Trung Đông lần thứ 4, Vương quốc Bahrain, tháng 12 năm 2007
Becht
Sơ lược về tấn công hydro ở nhiệt độ cao (HTHA)

Tấn công hydro ở nhiệt độ cao (HTHA)

Định nghĩa và cơ chế

Tấn công hydro ở nhiệt độ cao (HTHA), còn được gọi là tấn công hydro nóng hoặc phản ứng mêtan, là một cơ chế phân hủy ảnh hưởng đến thép và một số hợp kim tiếp xúc với hydro ở nhiệt độ cao (thường trên 400 ° C / 752 ° F) và áp suất, thường thấy trong các nhà máy lọc dầu, nhà máy hóa dầu và nồi hơi áp suất cao1345. Không nên nhầm lẫn HTHA với giòn hydro, vì nó liên quan đến một cơ chế và cấu hình hư hỏng khác1.

HTHA xảy ra trong hai giai đoạn chính:

  • Giai đoạn 1: Khử
    cacbon bề mặt Ở nhiệt độ cao, các phân tử hydro phân ly thành hydro nguyên tử, khuếch tán vào thép. Hydro nguyên tử phản ứng với cacbon hòa tan trong thép, tạo thành khí mêtan (CH₄). Điều này dẫn đến quá trình khử cacbon bề mặt và mất độ bền ở bề mặt, ban đầu không thể nhìn thấy134.

  • Giai đoạn 2: Thiệt hại bên trong và hình thành khí mêtan Khi
    cacbon bị cạn kiệt khỏi ma trận thép, cacbua hòa tan và hydro tiếp tục phản ứng với cacbon tại ranh giới hạt và khuyết tật, tạo thành các túi khí mêtan. Những túi khí mêtan này không thể khuếch tán ra ngoài và tích tụ ở các bề mặt bên trong, tạo ra các khoảng trống áp suất cao gây ra các vết nứt. Điều này dẫn đến mất đáng kể sức mạnh, độ dẻo và cuối cùng có thể gây ra hỏng hóc thảm khốc1345.

Vật liệu và điều kiện nhạy cảm

  • HTHA chủ yếu ảnh hưởng đến thép cacbon và thép hợp kim thấp khi tiếp xúc với hydro ở nhiệt độ trên 204 ° C (400 ° F) và áp suất riêng phần hydro trên 50 psia34.

  • Độ nhạy phụ thuộc vào thành phần thép, nhiệt độ, áp suất riêng phần hydro và thời gian tiếp xúc. Hợp kim có cacbua ổn định (ví dụ: thép crom và molypden, thép không gỉ) có khả năng chống chịu tốt hơn14.

Đường cong Nelson

  • Đường cong Nelson, được công bố trong API RP 941, vẽ biểu đồ nhiệt độ so với áp suất riêng phần hydro và xác định các điều kiện hoạt động an toàn cho các loại thép khác nhau trong dịch vụ hydro. Chúng dựa trên dữ liệu ngành và được cập nhật định kỳ47.

  • Các sự cố gần đây cho thấy HTHA có thể xảy ra ngay cả trong các vùng “an toàn” của các đường cong này, thúc đẩy ngành công nghiệp đánh giá lại rủi ro và chiến lược kiểm tra7.

Phát hiện và kiểm tra

  • HTHA giai đoạn đầu khó phát hiện do kích thước nhỏ của các khoảng trống mêtan, thường thấp hơn độ phân giải của kỹ thuật siêu âm tiêu chuẩn6.

  • Thử nghiệm siêu âm tiên tiến, sao chép kim loại trường và các phương pháp đánh giá không phá hủy (NDE) khác được sử dụng để phát hiện. Giám sát và kiểm tra thường xuyên là rất quan trọng, đặc biệt là đối với thiết bị hoạt động gần hoặc trên giới hạn đường cong Nelson167.

Phòng ngừa và giảm thiểu

  • Lựa chọn vật liệu: Sử dụng thép có các nguyên tố hợp kim tạo thành cacbua ổn định (ví dụ: Cr, Mo) hoặc thép không gỉ, ít nhạy cảm với HTHA14.

  • Kiểm soát hoạt động: Duy trì các điều kiện hoạt động trong giới hạn an toàn như được xác định bởi các đường cong Nelson và các phương pháp hay nhất trong ngành4.

  • Kiểm tra thường xuyên: Sử dụng các kỹ thuật NDE tiên tiến và kiểm tra theo lịch trình để phát hiện các dấu hiệu sớm của HTHA trước khi hỏng hóc thảm khốc67.

  • Khắc phục: Nếu HTHA được phát hiện, hãy đánh giá mức độ hư hỏng và xác định xem có cần sửa chữa, thay thế hoặc thay đổi điều kiện hoạt động hay không7.

Liên quan đến công nghiệp

HTHA đặt ra rủi ro đáng kể về an toàn và độ tin cậy trong các ngành xử lý hydro ở nhiệt độ cao. Hỏng hóc thảm khốc do HTHA không được phát hiện có thể dẫn đến mất khả năng ngăn chặn, hỏa hoạn, nổ và tử vong17. Quản lý chủ động thông qua lựa chọn vật liệu, kỷ luật hoạt động và kiểm tra nghiêm ngặt là điều cần thiết để giảm thiểu những rủi ro này.

“Hiểu và giảm thiểu rủi ro liên quan đến tấn công hydro ở nhiệt độ cao là rất quan trọng để duy trì tính toàn vẹn và độ tin cậy của thiết bị công nghiệp. Bằng cách lựa chọn vật liệu thích hợp, tuân thủ các biện pháp vận hành an toàn và tiến hành kiểm tra thường xuyên, các ngành công nghiệp có thể bảo vệ hoạt động của họ trước những tác động bất lợi của HTHA.

 

“Hiểu và giảm thiểu rủi ro tấn công hydro ở nhiệt độ cao (HTHA)”

Trong môi trường xử lý hydro, tấn công hydro ở nhiệt độ cao (HTHA) vẫn là mối đe dọa nghiêm trọng đối với thép cacbon và thép hợp kim thấp. Nó có thể dẫn đến quá trình khử cacbon bên trong, nứt hoặc thậm chí là hỏng hóc thảm khốc, đặc biệt là khi thiết bị hoạt động ở nhiệt độ cao hơn ngưỡng áp suất riêng phần của hydro và ngưỡng nhiệt độ cụ thể.

⚠️ Bạn có biết không? HTHA có thể xảy ra ngay cả trong các pha hydrocarbon lỏng nếu pha khí ở trạng thái cân bằng vượt quá giới hạn tới hạn. Kinh nghiệm thực tế xác nhận các sự cố trong đường ống thép cacbon hạ lưu của các đơn vị khử lưu huỳnh, bao gồm cả thép mạ crôm và thép trần ngâm trong chất lỏng.

💡 Chúng ta có thể làm gì?
Sử dụng Hình 1 từ API RP 941 làm cơ sở để thiết lập Cửa sổ vận hành toàn vẹn (IOW), kết hợp dữ liệu phơi nhiễm trong thế giới thực.
Đặc biệt chú ý đến các mối hàn thép cacbon không phải PWHT, vốn cho thấy dễ bị HTHA hơn.

Đối với các bình lót chịu lửa, hãy kiểm tra thường xuyên các điểm nóng thông qua nhiệt ảnh và đảm bảo các biện pháp làm mát được áp dụng để duy trì dưới Đường cong Nelson.
Lựa chọn vật liệu một cách thận trọng và xem xét các yếu tố ngoài khả năng chống HTHA, chẳng hạn như độ biến dạng, giòn và tương tác giữa hydro và ứng suất.
Phiên bản mới nhất của API RP 941 giới thiệu các đường cong và điểm dữ liệu mới phản ánh các phát hiện mới của ngành để hướng dẫn lựa chọn và vận hành vật liệu an toàn hơn.

HTHA MaterialsEngineering

HTHA, Kỹ thuật vật liệu

Nguồn:API 941

(St.)
0904457667