Как скорость термоциклирования (2 градуса в минуту по сравнению с . 10 градусом в минуту) между 20 и 200 градусами на воздухе меняет усталостный срок службы нагревателя оболочки из PFA (перфторалкокси) с 50 000 до 10 000 циклов?

Температурный цикл между 20 и 200 градусами вызывает усталость нагревателей оболочки из ПФА на воздухе из-за разницы в расширении между полимером и внутренними металлическими компонентами. Усталостный ресурс при медленной скорости езды (2 градуса в минуту) составляет 50 000-100 000 циклов. Срок службы снижается до 10 000–20 000 циклов с высокой скоростью 10°С/мин. Более высокая скорость создает больший температурный градиент на стенке PFA, что увеличивает термическое напряжение и приводит к более быстрому возникновению трещин. Механизм термической усталости в нагревателях PFA. Натяжение, вызванное термоциклированием, возникает из-за несоответствия коэффициента теплового расширения (КТР) между PFA (120 × 10⁻⁶/градус) и металлической резистивной проволокой (17 × 10⁻⁶/градус). Амплитуда напряжений Δσ=Δ × ΔT × E, где Δ – разность КТР, ΔT – колебание температуры и E – модуль упругости. Более высокая скорость изменения температуры приводит к более высокому мгновенному градиенту температуры, что приводит к более высоким местным напряжениям. Количественная усталостная долговечность в зависимости от скорости изменения Для PFA с использованием контролируемого термоциклирования от 20 до 200 градусов было установлено следующее. При скорости изменения температуры 1 градус Цельсия/мин число циклов до отказа составляет 100 000–200 000, а отказ происходит в результате разрушения. При скорости 2 градуса в минуту происходит 50 000–100 000 циклов, и отказ происходит из-за растрескивания поверхности. При 5 градусах в минуту цикл составляет 20 000–40 000, а растрескивание становится более серьезным. Число циклов составляет 10 000-20 000 при 10 град/мин, происходит сквозное растрескивание. При 20 град/мин циклы составляют 5000-10000 и быстро ломаются. Руководство по выбору скорости изменения температуры циклического изменения Скорость изменения температуры (градусы/мин) Циклы до отказа Рекомендуемый режим отказа<2 >100,000 Crazing Yes 2-5 50,000-100,000 Surface cracking Yes 5-10 20,000-50,000 Cracking Acceptable 10-15 10,000-20,000 Through-wall cracking Limited >15 <10,000Rapid failure None Informed specification For a PFA heater exposed to thermal cycling between 20°C and 200°C, the ramp rate should be limited to 5°C/min or less for >50 000 циклов. Инженеру удалось увеличить термоусталостную долговечность за счет увеличения скорости нагрева.