低Nb含量的CoCrFeNiNb_x合金退火后的组织演变和性能

在FCC型CoCrFeNi合金中添加少量Nb可起到固溶强化和第二相强化效果,但目前对Nb在FCC相中的溶解度及其对合金组织和性能的影响还不够了解。为此,本文基于热力学计算相图,实验研究了含1%~5%Nb(摩尔分数)的铸态CoCrFeNiNb_x合金在800~1200℃真空退火前后的显微组织和显微硬度。结果表明:即使添加1%Nb,铸态CoCrFeNiNb_x合金中仍存在约3%的FCC+C14共晶组织。后凝固的FCC相中Nb含量可高达2.4%~3.1%,在800℃退火后可析出针状纳米级Mg_(3)Cd型τ相,使合金硬度提高约30HV。经1000℃或1200℃退火后,FCC相的成分均匀,Nb含量分别为1.6%和3.1%,与热力学计算结果一致。退火后,共晶组织中的C14 Laves相球化长大,层片组织消失,合金硬度降低。因此,添加少于3.1%Nb后再进行固溶及时效处理以析出τ相是提高FCC型CoCrFeNi合金强度的有效途径。

基于格子Boltzmann模型的裂缝性储层钻井液漏失数值模拟

针对裂缝性碳酸盐岩储层钻井过程中钻井液漏失问题,基于简化的基块-裂缝双重介质物理模型,建立了描述表征单元体(REV)尺度的基块-裂缝内钻井液漏失的格子Boltzmann数学模型,数值模拟分析了钻井液漏失过程基块-裂缝内渗流场分布,揭示了不同条件下基块-裂缝内钻井液漏失行为。模拟结果表明,裂缝性致密碳酸盐岩储层中的裂缝为主要漏失空间,基块的钻井液漏失量在低值范围内随基块孔隙度增加呈指数增加。裂缝宽度越大,平均流速越大,裂缝空间内速度分布越均匀,组合裂缝总宽度相等条件下,单条裂缝的钻井液漏失速率高于多条裂缝组合情形。研究通过格子Boltzmann方法表征钻井液漏失行为,表明该方法可较好地用于分析裂缝性介质中钻井液漏失行为和裂缝至基块的跨尺度滤失过程,研究成果可为裂缝性致密储层钻井液漏失防控及储层保护提供理论依据。

氯离子质量浓度对N80稠油管柱腐蚀机理研究

使用高温高压哈氏合金反应釜模拟N80油管钢在采出液中的恶劣腐蚀环境,研究不同氯离子质量浓度(0,5000,10000,15000 mg/L)对采出液中N80油管钢的腐蚀行为及腐蚀机理的影响,利用宏观和微观手段相结合,对N80油管钢的腐蚀速率,腐蚀形貌和腐蚀产物膜结构进行分析,明确不同氯离子含量环境下其腐蚀的差异性。结果表明,在含有氯离子的对照组中,随着氯离子质量浓度提升腐蚀速率上升显著,腐蚀产物表面点蚀坑逐渐增大。这是由于氯离子破坏了原本致密的腐蚀产物膜,使碳钢再次暴露在腐蚀溶液中,加速点蚀的产生。

焊接电流对换热器管-板焊接接头微观组织及耐蚀性影响机理研究

换热器广泛应用于石油、化工等领域,其使用环境较为恶劣,导致腐蚀失效现象较为严重。大量统计结果表明多数换热器失效都发生在换热管与管板焊接接头处,因此,提升接头处焊缝耐蚀性能成为解决其失效问题的关键。采用金相显微镜和扫描电镜,分析了焊接电流对换热器管-板接头焊缝晶粒尺寸及组织类型的影响;采用电化学实验方法,分析了微观组织对焊接接头腐蚀产物膜及耐蚀性的影响。结果表明:焊接电流120 A时接头焊缝晶粒最小、组织最均匀,焊接电流的增加导致了热输入量的增加进而促进了焊缝基体中晶粒的长大;晶粒尺寸及组织不均匀性与焊缝的耐蚀性呈负相关关系;三种焊接电流下焊缝腐蚀产物膜主要由α-FeOOH和γ-FeOOH组成,焊接电流120 A时焊缝腐蚀产物膜致密性最好,表现出最好的耐蚀性,160 A时致密性最差,表现出最差的耐蚀性。研究了焊接电流对管-板焊缝耐蚀性的影响,对换热器制造具有一定的参考意义。

热浸镀锌铝的界面反应机理

通过热浸镀和扩散偶试验研究铁基与4种锌铝熔池成分合金Zn-0.2%Al、Zn-5%Al、Zn-25%Al、Zn-55%Al(质量分数)之间的界面反应过程,提出热浸镀锌铝中扩散通道移动对合金层形成的控制机理。结果表明:热浸镀(扩散偶)初期,扩散通道均沿两相区共轭线(tie-line)穿过熔池成分液相与对应的Fe-Al化合物构成的两相区,铁基表面优先形成对应的Fe-Al化合物的连续层状组织。随着热浸镀(扩散)时间的延长,扩散通道具有逐渐向两扩散组元成分点连线移动的趋势,一旦扩散通道切割熔池成分液相与对应的Fe-Al化合物构成的两相区共轭线,初期形成的Fe-Al化合物层失稳破裂,导致镀层合金层(扩散层)快速增厚。

2618-Ti铝合金的固溶时效处理及其强韧化

利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和电子拉伸仪等分析和测试了2618-Ti铝合金显微组织和力学性能,确定了该合金的最佳固溶时效处理工艺,探讨了该合金的强韧化机制。结果表明,2618-Ti铝合金的最佳固溶处理工艺参数为540℃固溶处理30 min;最佳时效处理工艺参数为190℃时效处理16 h。2618-Ti铝合金固溶处理后的抗拉强度明显高于同状态下的2618铝合金,但伸长率明显下降;经过时效处理后,该合金的抗拉强度和伸长率都略高于同状态的2618铝合金。2618-Ti铝合金的室温强化是时效析出相、弥散Al3Ti相和Al18Mg3Ti2相综合作用的结果;2618-Ti铝合金室温伸长率比2618铝合金的更高的原因是弥散Al3Ti相晶粒细化作用的结果。

稀土铈对铝锌镀层中间化合物生长及显微组织的影响

通过热浸镀实验和扫描电镜/能谱仪(SEM/EDS),分析研究了在铁片表面浸镀铝锌镀层过程中,添加稀土元素铈对铝锌镀层中间化合物的生长及组织的影响。研究表明:当Ce在铝锌熔池中的添加量(质量分数,下同)为0.1%时,对化合物层的生长影响很小,进一步提高Ce在铝锌熔池中的含量,可有效抑制Fe2Al5相层的快速生长,同时促进τ5相层的形成。在加入0.5%Ce之后,中间化合物层的生长速率时间指数n由0.51±0.03减小到0.41±0.07,说明在铝锌熔池中加入稀土元素Ce可在一定程度上抑制镀层中间化合物的生长。

Al-3P变质Al-Si合金的组织与力学性能（英文）

在740℃下采用Al-3P作为变质剂对Al-Si合金进行变质处理。利用光学显微镜、Image Pro Plus 6.0软件、扫描电镜和万能电子试验机研究硅含量(7、8、9、10和11,质量分数,%)及变质剂Al-3P加入量(0、0.1、0.3、0.6、1.0和1.5,质量分数,%)对合金显微组织与拉伸性能的影响。结果表明,当变质剂加入量为0.6%时,随着硅含量的增加,变质Al-Si合金中初晶α(Al)相的面积分数增加较多,这一结果可以通过Al-3P的变质引起非平衡共晶点的变化来解释。当合金中硅含量一定(Al-10Si)时,随着变质剂加入量的增加,Al-10Si合金中初晶α(Al)相面积分数先增加后减少。当添加0.6%Al-3P中间合金时,初晶α(Al)相的面积分数达到最大值。与未变质的Al-10Si合金相比,当加入0.6%Al-3P中间合金进行变质处理后,合金的抗拉强度和伸长率分别提高了2.3%和47.0%,拉伸断口呈现出明显的韧性断裂特征。

Mg对机械能助渗铝锌渗层组织的影响

采用机械能助渗技术在420℃下对20钢进行Al-Zn-Mg共渗实验,利用扫描电子显微镜(SEM)对渗层进行分析,探讨镁元素对渗层组织和厚度的影响,并测定了铝、镁元素在渗层中的分布;分析助渗时间对渗层组织的影响。实验结果表明:渗层中镁含量的升高会促进渗层组织由单相向多相发生转变,并使渗层厚度增加,特别是当镁元素质量分数超过5%后,渗层厚度增幅大,出现使渗层组织稀松的ζ相,镁铝元素以固溶体的形式存在于渗层中;在渗剂配比相同情况下,助渗时间延长渗层组织由单相δ相向δ相、Г相和ζ相三相转变。由此可得应合理控制镁元素的添加量在3%~5%范围内,避免助渗时间过长,以不超过3 h为宜。

油气田设施防腐蚀内涂层服役效果的快速评价方法

基于电化学阻抗谱图(EIS)中低频0.01 Hz阻抗和10 Hz相位角,开发了一套适用于现场测试的便携式阻抗测试仪。在此基础上,辅以内涂层表观特征(脱落、鼓泡等)和力学性能(附着力等),建立了一套油气田设施防腐蚀内涂层服役效果快速评价方法。通过盐雾试验、附着力测试、常规电化学测试与现场便携式阻抗测试仪测试等,开展了室内和现场内涂层的检测评价。结果表明:该内涂层服役效果评价方法具有一定的适用性和可靠性;相比于传统电化学评价检测方法,该内涂层服役效果快速评价方法检测效率显著提高。

热浸镀Zn-6%Al-3%Mg镀层合金层生长研究

将Q235钢分别在Zn-6%(质量分数,下同)Al和Zn-6%Al-3%Mg合金锌浴中浸镀不同的时间,使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)以及X射线衍射仪(XRD)对样品合金镀层显微进行观察,分析镀层层合金层的相组成及生长过程,研究Mg对合金层生长的作用。通过研究发现,在Zn-6%Al和Zn-6%Al-3%Mg合金镀层中合金界面层组成主要是Fe-Al-Zn化合物,Fe-Al-Zn合金界面层阻碍了脆性Fe-Zn层的形成。Mg加入Zn-6%Al锌池中后促进了界面反应,缩短了合金层出现所需时间,并使合金层的生长更加致密均匀,稳定合金层使其不被液相侵蚀破坏而溶解。Mg的加入阻碍了扩散通道随着时间延长逐渐向两扩散组元成分点连线移动的趋势,减少了锌液进入合金层,稳定了合金层。Zn-6%Al-3%Mg镀层合金层随着时间延长而增厚,合金层的生长呈抛物线规律,主要受扩散反应控制。

含硫原油对16Mn管线钢顶部腐蚀行为的影响

采用含硫原油腐蚀试验箱模拟输油管道顶部腐蚀环境,研究了16Mn管线钢在含硫原油中不同温度和不同时间条件下的顶部腐蚀行为。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等分析手段观察16Mn管线钢的腐蚀形貌、分析其表面腐蚀产物膜的成分,同时结合失重法计算得到试样的腐蚀速率。结果表明:16Mn管线钢的腐蚀速率随含硫原油温度升高逐渐增大,当温度超过60℃时,腐蚀产物膜形成,腐蚀产物膜可以阻隔钢基体与腐蚀介质的直接接触,从而减缓腐蚀进程,腐蚀速率停止上升并出现缓慢下降的趋势;在相同的腐蚀温度下,初期腐蚀速率较快,随着腐蚀时间的延长,致密的腐蚀产物膜逐渐在16Mn管线钢表面形成,有利于抑制顶部腐蚀进程,使腐蚀速率逐渐减小。

聚结-气浮装置处理含油污水试验研究

为提升聚结分离器除油效果并减少污水处理过程中化学药剂的投放,结合聚结和气浮技术研发出紧凑、高效型聚结-气浮分离装置,通过室内试验,考察入口流量、板间距、溶气压力、气浮水回流比4个因素对聚结-气浮装置除油率的影响规律,并对其结构和工艺操作参数进行探索和优化。试验结果表明:聚结-气浮装置处理含油污水的油水分离效果明显好于聚结装置;聚结-气浮装置的除油率随入口流量、气浮水回流比的增加,均先增加后减小,并随溶气压力的增加而逐步提高,但当溶气压力为0.4MPa时继续加压,除油率变化不明显,且板间距越小,除油效果越好;综合除油效率和能耗,选用入口流量为0.3m3/h(折合板间流速为2.85m/h)、板间距为0.9cm、溶气压力为0.4MPa、气浮水回流比为20%时,聚结-气浮装置除油率可达92%,且对粒径大于18μm的油滴去除效果明显。

基于次声波法的天然气管道泄漏检测

次声波泄漏检测系统的硬件由次声波传感器、次声测量网络传输仪、GPS接收器和监控主机组成。泄漏检测软件系统包括数据采集模块、数据预处理模块、泄漏检测和定位模块3部分。将次声波传感器安装在管道两端,在线实时采集次声波信号,提取特征量来判断泄漏发生的位置。当管道发生泄漏时,会产生次声波信号,此信号和正常信号都会被次声波传感器收集到,通过与正常的背景噪音比较,可以判断泄漏是否发生。通过泄漏点的定位距离和泄漏点定位误差的多组实际测试结果发现,天然气管道的泄漏监测软件定位误差最大值为60.488 m,最小值为17.644 m,定位的平均误差为42.413 5 m。

硅对热浸镀ZnAl4合金镀层组织及生长动力学的影响

采用热浸镀法在纯铁片表面制备锌铝合金镀层,研究纯铁片在锌铝熔池(ZnAl4)中的界面反应,分析熔池中添加硅元素对镀层组织与生长动力学的影响。结果表明:随热镀时间延长,锌铝凝固组织与基体间的金属间化合物层(即中间合金层)的厚度增加。熔池中加入0.15%Si时,铁铝金属间化合物层的生长受到抑制,厚度减小,特别是在600℃时厚度减小更明显。Si在金属间化合物层中富集,使Fe和Al原子通过液相通道相互扩散受到阻碍,铁铝抑制层稳定存在,从而降低金属间化合物层的厚度。熔池中硅含量增加至0.30%时,对于铁锌合金层的抑制作用消失,合金层结构与不含硅时相似,形成Fe_2Al_5/FeAl_3/(Zn-Al)液相凝固组织。中间合金层的厚度随时间延长呈抛物线增长,表明镀层的形成受扩散控制;但适量硅在中间合金层的溶解能阻碍铁锌原子的扩散,从而抑制镀层过度生长。

2618-Ti铝合金制备过程中的显微组织与硬度

采用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪等研究了2618-Ti铝合金制备过程中的显微组织演变和硬度变化。结果表明,2618-Ti铝合金铸态组织主要由等轴状α(Al)相、晶间低熔点共晶组织、分布于晶内和晶界的针状Al9Fe Ni相和存在于晶内的细小Al3Ti相组成。均匀化处理后,在Al3Ti相周围形成了Al18Mg3Ti2相,合金的晶粒组织明显长大。热轧变形后,Al9Fe Ni相得到碎化,呈现为明显的变形组织特征。冷轧后的晶粒组织沿轧制方向伸长,Al9Fe Ni相得到了明显的碎化,Al3Ti相得到了一定程度的破碎。固溶处理后,2618-Ti铝合金晶粒组织变为近似等轴晶,其平均尺寸有所增大。时效处理后,2618-Ti铝合金的晶粒组织没有变化。不同加工状态的2618-Ti铝合金具有不同的硬度值,但该合金时效后的硬度明显低于2168铝合金时效后的硬度值。

《工程材料》实验教学改革与实践

文章以大工业背景实验教学理念为出发点,提出了《工程材料》实验教学改革思路,在实验教学体系的构建、实验教学手段、内容方法以及保障体系等方面作了有益的探索与实践。

金属材料工程专业“三性”实验的构建与实践

实验教学是培养学生实践能力和创新精神的重要手段,减少验证性实验,增加综合性、设计性和研究创新性实验是教学改革的客观要求。本教研室在全面分析金属材料工程专业现有实验教学项目的基础上,提出了具体的实验教学改革和建设举措,确立了金属材料工程专业"三性"实验的构建与实践。

Zn-Fe-Zr三元系富锌角的第一性原理计算及热力学评估

利用第一性原理计算方法,对Zr5Zn39、ZrZn22和ZrFe2Zn20进行了结构优化和总能计算,各化合物优化后的晶格常数与文献中的实验值相一致。计算得到Zr5Zn39、ZrZn22和ZrFe2Zn20在0K时的形成焓分别-16.41、-6.13、-12.68kJ/mol-atom。基于第一性原理计算结果和已报道的实验结果,利用Pandat软件对Zn-Fe-Zr三元系富锌角相关系进行了热力学评估,获得了描述ZrFe2Zn20的热力学模型参数,计算结果与文献中的实验结果一致。

合金元素对CoCrFeNi基高熵合金相组成和力学性能影响的研究现状

基于多主元设计理念的高熵合金(又称多主元合金)虽然组成元素复杂,但能形成简单结构的固溶体,并具有优异的性能,已成为当前高性能金属材料的研究热点之一。目前的研究主要集中在固溶体形成条件、成分种类、含量、组织结构及不同退火温度对合金的组织和力学性能的影响等方面。学者们还界定了形成固溶体时合金混合焓、原子半径及价电子浓度(VEC)的范围。当前的研究以CoCrFeNi基合金最为广泛,主要研究目标包括提高BCC型合金的塑性或FCC型合金的强度,以及开发具有良好的可铸性、易适应大规模生产的共晶高熵合金。通过降低晶粒尺寸、热处理和引入新元素等方法,使高熵合金产生晶界强化以及析出细小、弥散的第二相,从而有效地强化FCC基体。通过一系列的合金设计,研究出一些低成本、高性能的合金,进而也可用于一些高性能要求的零件或制备成高性能涂层。本文综述了合金元素Al、Cu、Ti、Mn、Mo、Pd、Nb及两种元素协同作用对铸态CoCrFeNi基高熵合金的相组成和力学性能的影响。通过对比发现,不同元素由于其原子半径、电负性以及与其他元素的结合力不同对高熵合金的相形成产生不同的影响,从而影响其力学性能。Al、Ti和Mo等原子半径较大元素的添加会产生固溶强化,使得合金的硬度增大。同时,Al元素的添加会因形成有序的B2相而产生第二相强化;部分合金还能形成共晶高熵合金。Ti和Mo元素由于与其他元素的混合焓较小容易形成复杂的化合物使得合金变脆。而Cu与其他元素混合焓较大,易优先在枝晶间析出。铸态下Mn含量的变化不影响合金的晶体结构,合金为FCC相。经过时效处理后,Mn含量高的合金有少量σ相析出。添加Nb元素后,合金由于Laves相的出现强度增加且变脆。此外,还对添加Pb元素后合金的饱和磁化性能以及部分合金的耐腐蚀性等进行了综述。本文可为高熵合金的成分设计及研究提供参考。