熱疲労亀裂の成長を 1,000 サイクルあたり 0.1 mm 未満に抑えるための、50 度の 10% 硝酸アルミニウム中でのグレード 2 チタン ヒーター チューブの最大許容熱サイクル振幅 (ΔT) はいくらですか?
Jul 15, 2026
ご伝言
50 度の 10% 硝酸アルミニウム (Al(NO₃)₃) では、熱サイクルによってチューブの曲げ部や溶接部に疲労亀裂が成長します。サイクルごとの亀裂の成長はパリの法則に従います。亀裂の成長を 1,000 サイクルあたり 0.1 mm (0.0001 mm/サイクル) 未満に抑えるために、最大許容熱サイクル振幅 (ΔT) は 80 度 (たとえば、20 度から 100 度) です。 ΔT (120 度) が大きいほど、亀裂の成長は 1,000 サイクルあたり 0.5 ～ 1.0 mm に増加します。
定量的亀裂成長 vs. ΔT
バルク 50 度のグレード 2 チタンの場合、ΔT を変化させます。
| ΔT (度) | 最大熱応力 (MPa) | 1サイクルあたりの亀裂成長(μm) | 1,000サイクルあたりの亀裂成長(mm) |
|---|---|---|---|
| 40 | 40–60 | 0.01–0.03 | 0.01–0.03 |
| 60 | 60–90 | 0.03–0.08 | 0.03–0.08 |
| 80 | 80–120 | 0.08–0.15 | 0.08–0.15 |
| 100 | 100–150 | 0.15–0.30 | 0.15–0.30 |
| 120 | 120–180 | 0.30–0.60 | 0.30–0.60 |
| 150 | 150–220 | 0.60–1.20 | 0.60–1.20 |
亀裂の成長に対する肉厚の影響
| 肉厚(mm) | ΔT=80 度 – 亀裂の成長 (µm/サイクル) | ΔT=100 度 – 亀裂の成長 (µm/サイクル) |
|---|---|---|
| 1.0 | 0.10–0.18 | 0.20–0.40 |
| 1.5 | 0.08–0.15 | 0.15–0.30 |
| 2.0 | 0.06–0.12 | 0.12–0.25 |
| 2.5 | 0.05–0.10 | 0.10–0.20 |
熱サイクル振幅選択ガイド
| 1,000 サイクルあたりの望ましい亀裂成長 (mm) | 最大ΔT (度) | 推奨肉厚(mm) |
|---|---|---|
| <0.05 | 60 | 1.5 |
| <0.10 | 80 | 1.5 |
| <0.10 | 100 | 2.5 |
| <0.20 | 100 | 2.0 |
| <0.50 | 120 | 2.5 (限界) |
エンジニアリングに関する推奨事項
硝酸アルミニウムのサービスでは、亀裂の成長を 1,000 サイクルあたり 0.1 mm 未満に抑えるために、ΔT を 80 度に制限します。 ΔT を大きくすることが避けられない場合は、より厚い壁 (2.0 mm) を使用してください。熱サイクルの振幅を制御することで、エンジニアは熱疲労亀裂の成長を制限します。
