S31603复合板压力容器点蚀行为试验研究

针对S31603复合板压力容器不锈钢层不同点蚀深度的发展进程及穿透至碳钢层后的电偶腐蚀风险,通过预制不同点蚀深度的S31603复合板试片组,分别在实验室和现场S31603复合板压力容器内进行腐蚀试验,并对试片进行宏观分析、低倍观察、高倍观察及腐蚀产物表征分析。结果表明,S31603复合板预制的点蚀坑深度穿透至碳钢层时发生了明显的电偶腐蚀,实验室腐蚀试验和现场试验最高点蚀速率分别达到4.954,1.023 mm/a;用S31603复合板试片预制的点蚀坑深度穿透至碳钢层后碳钢优先发生电偶腐蚀;S31603复合板试片预制的点蚀坑深度处于不锈钢层时腐蚀轻微,也未萌生新的点蚀,相邻点蚀坑之间也未见明显的腐蚀影响。在含Cl-的酸性腐蚀性介质环境下,当S31603复合板压力容器点蚀深度处于不锈钢层时腐蚀轻微,当点蚀深度穿透至碳钢层后,会发生明显的电偶腐蚀,需要缩短S31603复合板压力容器开罐检修周期以保证安全使用。

退火处理对热轧Al/Mg/Al复合板界面微观组织与性能的影响

采用1 mm Al+3 mm Mg+1 mm Al的组坯方式,轧制温度为400℃,压下率为35%,热轧得到6061/AZ31B/6061复合板。在退火温度为200℃的条件下,研究了不同退火时间对复合板拉伸性能、界面结合、微观组织以及表面残余应力的影响。在保温时间分别为0、0.5、1和1.5 h情况下,分别进行拉伸实验、能谱分析、微观组织观察和残余应力测试。结果表明,当轧制压下率为35%时,6061铝合金和AZ31B镁合金能够通过热轧方法得到很好的复合;随着退火时间的增加,6061/AZ31B/6061复合板的拉伸强度、伸长率和界面扩散厚度显著增加,且铝合金表面残余应力也增大。

大壁厚不锈钢复合板压力容器建造关键技术及应用

在大壁厚不锈钢复合板压力容器的建造过程中,通过深入研究其技术要点和难点,优化焊接接头结构设计,成功形成了一套完整的新型建造关键技术。这套技术不仅优化了焊接接头结构,还创新了一系列施工方法,包括筒体加热卷制、接头坡口机加工、接管内壁耐蚀层TIG/FCAW自动堆焊、不锈钢衬管液氮冷套、球形封头内壁耐蚀层带极埋弧堆焊、纵环缝窄间隙埋弧自动焊以及管口接头马鞍型埋弧焊等。这些新型建造关键技术的应用,在提高压力容器质量效果的同时,也带来了显著的经济效益,为行业同类型设备的建造提供借鉴。在未来的研究中,可以进一步探索这些技术在其他领域的应用,以实现更广泛的技术交流和合作。同时,对于大壁厚不锈钢复合板压力容器的建造,仍需不断深入研究其材料特性、工艺参数和施工方法,以不断提高设备的性能和安全性。

复合板起皱失稳数值模拟模型的建立

复合板被广泛应用于汽车工业、航空航天、国防军工等各大领域,起皱失稳是复合板塑性成形过程中影响零件质量的主要问题之一,而目前能够准确复现复合板起皱形貌的数值模拟模型的建立方式尚不明晰。因此本文以方板对角拉伸试验(YBT)作为对比验证对象,在ABAQUS软件中采用特征值屈曲分析分别与动力显式和静力通用两种常规算法相结合的buckle-dynamic算法以及buckle-static算法,对选用不同建模方式和单元类型建立的模型,以起皱高度、厚向位移和应变云图等为评估依据,进行了起皱形貌模拟对比分析。结果表明,采用buckle-static算法对复合层建模方式建立的常规壳模型分析所得结果的综合性能最佳。若模拟工况复杂或计算不易收敛,分析方法也可选用buckle-dynamic算法。

粉末套管法Ti/Al/Ti复合板的界面结合性能

采用粉末套管法,通过“热轧+中间退火+进一步冷轧”工艺制备Ti/Al/Ti复合板。利用扫描电镜、电子探针、能谱仪、XRD分析以及万能实验机,研究不同制备参数下Ti/Al/Ti复合带材的界面形貌、元素分布、物相种类和界面结合强度。结果表明,单一脆性金属间化合物TiAl_(3)的产生会阻碍Ti/Al元素的扩散,扩散层厚度发生减薄。500℃退火,扩散层主要是由扩散形成的冶金结合层,局部区域有少量的金属间化合物TiAl_(3)生成,界面结合强度受冶金结合强度与机械结合强度的动态变化影响,随着压下率升高,结合强度先降低后升高再降低;550℃退火,界面反应增强,TiAl_(3)相逐渐增多,扩散层强度增加,冶金结合强度提高,由14.3 N/mm(500℃)增加至35.1 N/mm(550℃),随着压下率的增大,化合物层破碎程度增加,界面结合强度逐渐降低。

不同厚度比复合板的制备及其界面形貌和力学性能

为了探究基板与复板不同组坯厚度对差温异步轧制Mg/Al复合板微观组织、界面形貌和力学性能的影响,采用“差温异步+等温同步”的2道次轧制法制备了不同厚度比的Mg/Al复合板材。研究发现,当厚度比为2时,Mg17Al12和Al3Mg2的最大厚度为15.8μm;当厚度比为3时,复合板材综合力学性能最佳,剪切强度最大为94.2 MPa,抗拉强度为277.4 MPa,最大延伸率为18.7%。

熔体压力对水平双辊铸轧Ti/Al复合板界面结合强度的影响

除了铸轧速度和熔体浇铸温度外,铸轧区内的熔体压力也是影响水平双辊铸轧Ti/Al复合板工艺稳定性和界面结合强度的重要因素。本工作在铸轧复合过程中通过调节前箱内熔体的液面高度,获得了在不同铸轧区熔体压力下制备的Ti/Al复合板。通过金相、扫描电镜、显微硬度、室温拉伸实验、T型剥离实验等手段对复合板的显微组织和界面结合性能进行表征和测试。结果表明,当熔体压力较高时,可以生产出充盈饱满、板型良好、结合强度高的复合板,但熔体压力过高会影响铸轧复合过程的稳定性。当熔体压力过低时,熔体的横向流动能力减弱,铸轧区内不能完全被熔体填充满,板材出现热带、褶皱等缺陷,同时,在Ti/Al上出现了部分微孔和微裂缝。在较高熔体压力下,固/液接触距离更长,带材表面与熔体的润湿更加充分,熔体分布更加均匀,固/液扩散更加充分。因此,当熔体压力较高时,复合板具有更高的结合强度,界面结合强度达到20.1 N/mm。

退火态CFR镁/铝复合板界面形貌与力学性能研究

通过对波-平轧制镁/铝复合板进行退火处理,研究了退火温度和退火时间对镁/铝复合板界面微观组织和力学性能的影响规律。结果表明, 200℃/30 min退火平直镁/铝复合板新结合界面生成薄的Mg_(17)Al_(12)相扩散层,这可以促进界面冶金结合,提升界面结合强度。当250℃/30 min退火时,新结合界面迅速扩展,进一步形成由Mg_(17)Al_(12)相和Mg_(2)Al_(3)相共同构成的IMCs层。当退火温度升高到300℃时,界面整体形成连续分布的IMCs层,退火温度越高或退火时间越长, IMCs层厚度越大。高温退火处理时,强塑性变形可以加速波谷位置界面原子间的扩散,导致同种化合物波谷位置的生长激活能小于波峰位置,从而造成波谷扩散层厚度大于波峰。退火态镁/铝复合板弯曲测试后,界面无分层、基体无脱落。随着退化温度的升高,平直镁/铝复合板高温拉伸抗拉强度下降,而断裂伸长率增加。

金属复合板轧制力计算模型及其软件开发

为了更准确地分析金属复合板的轧制力,基于奥罗万理论对轧制变形区进行了简化分析。根据受力分析建立了轧制力平衡微分方程,进而推导出了金属复合板轧制力计算模型。利用Abaqus有限元分析软件对铜/铝复合板轧制过程进行了模拟,并设计了相应的复合板轧制实验,将模拟和实验得到的计算数据与模型的计算结果进行了对比,得到轧制力的计算结果误差小于10%。因此,该计算模型具有较高的精度,可以满足工程实践要求。根据该轧制力计算模型开发了一款便于人机交互的计算软件,使得轧制力计算模型更具有实用性。该计算模型和软件便于工厂的在线应用,提高了金属复合板的生产效率,保证了复合板的生产质量。

移动感应加热异温轧制钛/铝复合板的协调变形和力学性能

提出了一种移动感应加热异温轧制制备钛/铝复合板的方法,应用电磁感应单独加热移动的钛板,与室温铝板轧制复合,实现钛和铝的协调变形,提高了复合板的结合强度。采用ANSYS有限元软件模拟移动感应加热过程中钛板的温度变化过程,确保在轧辊入口位置时,钛板沿宽度方向温度分布均匀。基于有限元模拟结果确定钛板移动速度和感应加热参数,并进行了移动感应加热和轧制复合实验,研究了不同压下率对于钛/铝复合板协调变形和结合强度的影响。结果表明:随着压下率的增加,钛/铝变形率差值先减小后增大,当轧制压下率为39.4%时,钛/铝轧制变形率基本一致,轧后复合板平直,界面剪切强度最高,达到124.6 MPa,剪切断裂发生在铝基体上。

TA2/AZ31B/2024Al爆炸焊接复合板界面微观结构特征及其动态力学性能

运用平行法爆炸焊接工艺,开展了TA2/AZ31B/2024Al多层轻质金属板材爆炸焊接实验。通过扫描电镜、电子背散射衍射、分离式霍普金森压杆及三维轮廓扫描等测试技术,对多层爆炸焊接复合板界面微观结构特征、材料物相变化规律、复合板材动态力学性能及材料冲击断口特征开展了系统研究。研究结果表明:焊后多层轻质金属复合板的4个焊接界面均呈现出爆炸焊接特有的波形结构特征,结合界面处无明显缺陷,总体焊接质量良好。结合界面处晶粒发生细化并形成细晶区,1060Al过渡层内晶粒组织由于强塑性变形呈现典型的拉长层状晶粒特征,4个结合界面处均出现明显的变形织构与再结晶织构特征。沿X方向的试样最大动态抗压强度达605 MPa,分层断口界面三维形貌呈现近似水面波纹的独特结构特征。沿Z方向的试样最大动态抗压强度达390 MPa,断口界面三维形貌呈现明显的纤维状韧性断裂特征。

钛网添加对镁/铝复合板微观组织和力学性能影响研究

目的有效抑制镁/铝复合板界面处金属间化合物的形成。以钛网为中间金属夹层,研究它对镁/铝复合板微观组织和力学性能的影响。方法利用复合轧制技术制备以钛网为中间金属夹层的镁/铝-钛复合板,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射仪(EBSD)、万能试验机等对复合板退火前后的微观组织和力学性能进行表征和分析,系统研究中间层钛网对轧制态和退火态复合板微观组织、织构、拉伸性能、界面结合强度的影响规律。结果中间层钛网均匀分布在镁/铝-钛复合板界面处,钛网的添加能有效抑制复合板退火过程中镁-铝金属间化合物的连续生长,减少金属间化合物的数量。与镁/铝复合板相比,钛网的添加对轧制态和退火态复合板中镁层和铝层的平均晶粒尺寸和织构类型的影响较小。与镁/铝复合板相比,钛网的添加降低了轧制态复合板的界面剪切强度和延伸率,但极大提升了退火态复合板的界面剪切强度、拉伸强度和延伸率。结论中间层钛网的添加可有效减少复合板界面处金属间化合物的数量,提升退火态复合板的综合力学性能。

热处理对1060/7N01/1060轧制复合板显微组织及力学性能的影响

利用475℃单道次热轧的方式制备界面结合良好的1060/7N01/1060层状复合板。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜及电子背散射衍射结合硬度和拉伸实验研究层厚比对热轧复合板显微组织和力学性能的影响。此外,对比研究冷轧前热处理(固溶处理及峰值时效)对冷轧复合板显微组织和力学性能的影响。结果表明,层厚比对热轧复合板各层显微组织特征影响不大,其力学性能与混合法则理论预测结果一致。相比而言,额外的热处理对冷轧板纯铝层的晶粒尺寸无明显影响,却有助于细化7N01层的晶粒尺寸及弥散、细小析出物的形成,使其具有更显著的细晶强化、析出强化及位错强化效应。

覆材厚度对不锈钢复合板焊接接头应力应变影响的数值模拟分析

采用钨极气体保护焊(gas tungsten arc welding,GTAW)制备了基材厚度为13 mm,覆材厚度分别为0.3,1.0,2.0 mm的304/Q355复合板焊接接头.采用数值模拟法,分析了覆材厚度对304/Q355复合板焊接接头应力应变的影响,揭示了不同覆材厚度的不锈钢复合板焊接过程中残余应力及应变的演变特征.结果表明,随着覆材厚度的增加,304/Q355复合板焊接接头截面区最大残余应力逐渐减小,残余应力区宽度逐渐增大,在基层焊缝向过渡层焊缝焊接过程中,应力集中区逐渐向过渡层焊缝区收缩,最高应力集中区均位于过渡层焊缝区,最大应力接近材料屈服强度.焊后变形量随覆材厚度的增加而增大,覆材厚度2.0 mm的复合板变形量比覆材厚度0.3 mm的复合板变形量大约2 mm,变形最大的方向为焊缝厚度方向.

TA2+Q345B轧制复合板覆层腐蚀特性研究

钛/钢轧制复合板因其优异的耐蚀性和结构性能而广泛应用于化工、海事等领域。因复合板轧制工艺需兼顾钛/钢两者特性而与单一材质的传统生产工艺有所差别,且在冶金结合界面处元素互扩散是否对覆层TA2组织及腐蚀性能产生影响待研究。通过组织观察、能谱测试和电化学腐蚀试验,研究了界面元素互扩散对覆层TA2组织及腐蚀性能的影响。结果表明:冶金结合界面处元素的互扩散距离仅为8~10μm,不足以影响整个覆层组织;覆层TA2耐腐蚀膜成膜初期存在反复腐蚀,但随着静置时间延长而逐渐稳定,不再发生腐蚀。

TA2/Q235B复合板不同作用面成形极限及界面损伤行为

采用Nakazima实验法对不同尺寸的退火态TA2/Q235B复合板样品进行胀形实验,研究不同作用面对TA2/Q235B复合板的成形极限和界面损伤行为的影响。结果表明,当凹模与碳钢侧接触时,由于接触材料、界面变形协调能力和应变状态的不同,复合板的胀形高度和成形极限增加,其中R140试样的极限拱高达到最大值(46.17 mm),R60和R180试样在3个方向上的厚度减薄量和界面裂纹更大。此外,由于硬度和拉应力不同,两组样品中所有的水平和斜向孔都向纯钛侧延伸。

1Cr17Ni9Ti∕Q235复合板矫直过程数值模拟与压下参数分析

双金属复合板会受到材料间产生不同程度的热残余应力的影响,导致板型缺陷,需要进行矫直。为了研究不同压下倾角参数对复合板矫直效果的影响,文中采用数值模拟方法研究了在0.43°,0.33°和0.23°这3种不同压下倾角矫直方案下,1Cr17Ni9Ti∕Q235复合钢板矫直过程中各方向的应力极值情况,以及矫直后的复合板纵向残余应力分布、平直度及等效塑性应变情况。结果表明:在矫直过程中复合板的纵向应力极值最大且其差值也是最大;在压下倾角1,2,3矫直方案下,复合板的平直度值分别为0.19%,0.30%及0.23%;在3种不同压下倾角矫直方案下,对1Cr17Ni9Ti∕Q235复合钢板进行现场矫直试验,得到的复合板平直度结果与数值模拟结果几乎一致。在3种压下倾角矫直方案下1Cr17Ni9Ti∕Q235复合钢板等效塑性应变值分别为0.14,0.23及0.17。可见压下倾角的大小影响复合板矫直后的平直度,压下倾角方案1的复合板的矫直效果最好。

热轧温度对1060/6201/1060复合板力学性能及导电性能的影响

通过首道次大变形量热轧、再经两道次冷轧方式成功制备了1060/6201/1060三层复合板,详细考察了不同热轧温度对复合板力学性能及导电性能的影响。结果表明,随着热轧温度的升高,复合板的力学性能逐渐降低,导电率先升高后降低。在200℃热轧时,抗拉强度为257.21 MPa,导电率为57.45%IACS,综合性能最佳。在300、400℃轧制时,由于发生动态回复,析出相粗化,基体晶粒长大,复合板的强度降低,伸长率提高,导电率增加。

热压制备Ni/Al微叠层复合板的协调变形行为和气压胀形成形性

为了制造NiAl合金复杂薄壁构件,采用真空热压法制备一种新型Ni/Al微叠层复合板(NAMCS)。基于不同温度的单向拉伸试验,研究Ni/Al微叠层复合板的力学性能。为了阐明Ni/Al微叠层复合板的单向拉伸协调变形机制,通过扫描电子显微镜对不同拉伸应变下的变形组织进行表征。结果表明,在5%应变、室温和300℃条件下,NiAl_(3)层和Ni_(2)Al_(3)层中形成了一些裂纹。在600℃和20%应变条件下,在NiAl3层观察到一些微孔。样品在78.7%的拉伸应变断裂时,Ni_(2)Al_(3)层也未出现裂纹,表现出良好的协调变形能力。Ni/Al微叠层复合板的高温自由气压胀形试验表明,600℃时其极限胀形比(极限胀形高度与凹模直径之比)达到33.3%,表现出良好的成形性。

镁/铝复合板热轧过程轧制力和厚度预测与分析

热轧镁/铝复合板各层厚度直接决定了它能否满足不同环境条件下的使用要求,因此,研究决定各层厚度的轧制力和厚度预测模型对轧制过程控制和产品的性能提升具有重要的意义。本文建立了AZ31B镁合金和5052铝合金在轧制过程中变形抗力的PSO-BP预测模型,高精度地表征其在不同温度、应变和应变速率下的变形特性。结果表明:镁合金对应模型的的R2、RMSE和AARE分别为0.99165、3.4251和0.56%,铝合金对应模型的R2、RMSE和AARE分别为0.99496、2.8092和1.43%,验证了PSO-BP模型用于描述两种金属材料的准确性和可靠性。在镁/铝复合板轧制过程中,轧制力随着压下率和入口总厚度的增加而增大,随着入口厚比的减小,轧制力呈增大的趋势。镁/铝复合板出口厚比随着压下率和入口总厚度的增大而减小,随着入口厚比的减小,出口厚比也呈减小的趋势。