气体氮化γ-TiAl合金的抗高温氧化性能研究

γ-TiAl基合金抗高温氧化性较差限制了其在高温场景下的应用,提高其抗高温氧化性能对高温合金的研究与应用具有重要意义。以Ti-48Al-2Cr-2Nb合金为研究对象,将其置于管式炉中分别在800、900、1000℃下进行气体氮化2 h。采用光学显微镜观察显微组织,采用X射线衍射仪分析物相组成,测试维氏硬度,分析900℃下的高温氧化行为。结果表明,随着氮化温度的升高,合金基体片层组织逐渐粗化,表面膜层增厚,维氏硬度升高。在空气中高温氧化128 h后,800℃和900℃氮化后样品的质量增加仅为未氮化样品的25.3%和28.9%,表明800℃和900℃氮化后的样品具有良好的抗氧化能力。由于1000℃氮化样品因膜层存在裂纹,高温氧化时膜层和基体会与氧发生反应生成氧化物,导致质量增加显著。900℃下氮化处理能够显著提高Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的表面维氏硬度,增强合金的抗氧化能力。

页岩气调查井复杂地层有机硅聚合物钻井液体系的研制与应用

页岩气调查井通常地质条件复杂,钻探难度大。在对页岩气调查川沐地2井井壁稳定性分析的基础上,优选了有机硅聚合物钻井液体系,并通过正交试验,明确了有机硅改性聚合物、多级配超细碳酸钙、乳化石蜡和硅氟聚合物等主要处理剂的最优加量,形成了基本配方,在室内实验评价中该体系展现了良好的抗钻屑污染能力、抗钙侵能力、抑制性和封堵性。现场应用表明,川沐地2井在采用有机硅聚合物钻井液体系后,井内复杂情况得到明显改善,有效保障了井内安全,并顺利钻进至设计井深,实现了地质目标,钻进效率相比同区域同类型钻井大幅提高。研究成果可为页岩气调查井复杂地层钻探钻井液的选择与应用提供借鉴。

ICP-AES测定某冶炼厂硬锌合金中镓、锗、铟元素的含量

采用硝酸-过氧化氢溶解硬锌样品,电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定Ga、Ge、In的方法。对该方法的元素谱线、检出限、精密度和加标回收进行了验证试验,选择谱线Ga 417.206 nm、Ge 265.118 nm、In 325.609 nm,检出限分别为Ga:0.0053μg/mL、Ge:0.0066μg/mL、In:0.0058μg/mL,RSD在Ga:0.57%~2.22%、Ge:0.62%~3.52%、In:0.56%~0.70%,加标回收率在Ga:95.8%~105.2%、Ge:96.4%~104.6%、In:95.1%~103.5%,该方法与可见分光光度法进行了对比,两种方法的测定值吻合较好。该方法简便、快速、准确,同时采用基体匹配法消除了仪器测定过程中主量元素带来的基体效应,保证了结果的准确、可靠性。

煤层瓦斯含量测定技术及装备研究进展

瓦斯含量是煤与瓦斯突出危险预测、煤层瓦斯资源量估算、矿井瓦斯治理工程设计的重要参数。围绕如何在大区域准确快速测定煤层瓦斯含量,依托国家科技重大专项、国家自然科学基金和煤炭企业联合基金等项目科技攻关,在取样、测试方面取得了一定进展。主要表现在如下4个方面:①煤层瓦斯含量测定取样经历了孔口接样、岩心管定点取样、压力引射定点取样和密闭取样4个阶段,密闭取样装备保压能力达到11.5 MPa,煤心直径达到38 mm;②针对不同煤层地质条件,发展形成了顺煤层定向长钻孔密闭取样、底板穿层钻孔密闭取样和顶(底)板梳状定向长钻孔密闭取样3种取样技术;③在河南焦作和山西晋城矿区硬煤层中,顺层定向长钻孔取样深度达到516 m,密闭取样法测得煤层瓦斯含量较常规取样法分别平均提高了0.44倍和1.04倍。在安徽淮南矿区碎软煤层中,穿层钻孔密闭取样深度达到209 m,测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.26倍;在安徽淮北矿区碎软煤层中,顶(底)板梳状钻孔密闭取样深度达到484 m,测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.19倍,密闭取样法在煤层瓦斯含量测定精度、探测范围上优于常规取样法;④在瓦斯含量测试方面,除了传统解吸法测试,发展了系列煤矿井下瓦斯含量快速测试装备,可实现最快30 min内测得煤层瓦斯含量,一般用于百米孔内的瓦斯含量测试。提出了煤层瓦斯含量测定密闭取样装备需向小型化、轻量化的方向发展,并能实现随钻密闭取样。在测试上,应根据实际情况确定合理的解吸终止限,并将测试装备和密闭取样装备进一步结合,以实现深孔瓦斯含量快速准确测定。密闭取样技术已成为煤层瓦斯含量大区域精准勘查、预测的主要手段,是煤炭安全高效开采的重要技术保障。

等离子体渗氮气压对合金钢渗氮层微观结构和性能的影响

目的选择M50NiL钢(高合金钢)和AISI 4140钢(低合金钢)2种合金钢,研究渗氮气压对合金钢等离子体渗氮层组织结构、渗层厚度、硬度、韧性和摩擦磨损性能的影响规律。方法根据离子渗氮GB/T 30883—2017,在0~500 Pa渗氮气压范围内选择170、250、350 Pa 3个渗氮气压进行等离子体渗氮,研究渗层微观结构和性能。结果对于M50NiL和AISI 4140两种合金钢,350 Pa时渗层厚度均最大,170 Pa次之,250 Pa厚度最小。M50NiL钢在350 Pa渗氮和AISI 4140钢在170 Pa渗氮时,表面层具有最优的强韧性。摩擦磨损性能显示,170 Pa和350 Pa气压渗氮的摩擦磨损性能明显优于250 Pa气压渗氮,其中磨损率规律与渗氮层的韧性值测试结果吻合。结论气压影响了氮离子的能量和分布,从而影响了渗层厚度,钢中的合金元素含量和气压共同影响表面强韧化效果,并且表面强韧化效果直接影响渗氮层的摩擦磨损性能。

6061/5052异种铝合金钨极惰性气体保护焊接头的组织与性能

制备了6061/5052异种铝合金钨极惰性气体保护焊(TIG)接头,研究了接头的显微组织、晶粒尺寸、硬度、抗应力腐蚀性能和预腐蚀疲劳性能。结果表明:6061铝合金母材,焊缝和5052铝合金母材的平均晶粒尺寸分别为38.42,47.13,41.17µm;母材区显微硬度高于热影响区和焊缝区,硬度最小值(51 HV)出现在6061铝合金侧热影响区;接头在NaCl溶液和空气中应力腐蚀后,断裂位置均在6061铝合金侧距焊缝中心14 mm处,在NaCl溶液中的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率略高于在空气中,抗应力腐蚀性能略强;随着NaCl溶液中HCl含量增加,焊接接头的晶间腐蚀深度增加,疲劳寿命缩短,断裂位置由焊缝区向5052铝合金母材转变。

高瓦斯综放面开切眼架前膨胀预裂坚硬顶板切顶技术研究

针对高瓦斯坚硬顶板综放工作面初采期来压步距大及顶煤损失的问题,提出代替火药爆破的开切眼架前及两顺槽煤柱侧静态膨胀预裂切顶技术;采用数值模拟方法确定了静态膨胀预裂切顶的关键参数,设计了切顶方案及工艺,并通过现场工程应用验证了静态膨胀预裂切顶技术的有效性。结果表明:综放工作面初采前在开切眼架前及两顺槽煤柱侧实施静态膨胀预裂切顶,既保证了开切眼设备安装期间的安全性,又可在后续采动应力的作用下顶板及时破断,减小坚硬顶板初次来压步距和强度;当综放工作面初采推进至开切眼宽度时发生初次来压,人工减跨效果良好,不仅提前回收了工作面的顶煤资源,而且还消除了坚硬顶板大面积悬顶带来的诸多重大安全隐患,研究成果可在类似条件下代替炸药爆破进行推广应用。

低瓦斯赋存坚硬顶板工作面“以孔代巷”瓦斯治理技术研究

轩岗地区2#煤层具有“低瓦斯赋存、低透气性、高开采强度、高瓦斯涌出、坚硬顶板”的“两低两高一硬”特征,导致煤层瓦斯预抽效果差。为解决这一问题,以瓦斯参数等基础研究作为切入点,探究采动覆岩结构及裂隙分布特征,研究采动裂隙场瓦斯分布特征,判别卸压瓦斯聚集区分布,据此提出覆岩卸压“以孔代巷”瓦斯抽采工艺,保障矿井安全高效生产。

突出煤层综采工作面初采期间瓦斯治理技术研究

突出煤层坚硬顶板综采工作面初采期间受采空区悬空面积大、煤层瓦斯含量高及采空区高浓度瓦斯涌出量多等因素影响,容易引起瓦斯超限,甚至诱发安全事故,因此,以6203综采工作面为工程背景,提出了以强化初采期间瓦斯抽采为核心的瓦斯治理措施。首先,适当增加了初采期间的配风量,以提高风排瓦斯能力;其次,对高位钻孔参数进行了优化,通过降低高位钻孔终孔与6#煤层顶板的距离,并增加其覆盖范围,以提高采空区瓦斯抽采效果;然后,增加了煤层钻孔的数量,并在回风顺槽布置了大直径低负压抽采管,以实现对采空区内6~12 m范围内的瓦斯抽采,强化了初采范围煤层瓦斯的抽采效果,降低了回采期间瓦斯涌出量;最后,在实际工程应用中,6203综采工作面初采期间未出现瓦斯异常涌出情况,采面各区域瓦斯体积分数均保持在安全范围内。

40CrNiMoA钢气体渗氮层硬度优化

通过分析40CrNiMoA钢调质基体硬度、回火索氏体数量、渗氮温度、氮势值,以及换气率对渗氮性能的影响,得出结论:硬化层深度(498HV1)随基体硬度提高而增加,随回火索氏体数量增加而增加,随渗氮温度降低而增加,随氮势值和换气率提高而增加。40CrNiMoA钢气体渗氮可以实现表面硬度达到600~635HV1,同时0.52mm深处达到498HV1的技术要求。

真空气体淬火热处理对粉末冶金高速钢S390硬度的影响

对粉末冶金高速钢S390进行真空气体淬火热处理,初步探讨了在一定冷却压力和冷却速率条件下真空气体淬火热处理方式的可行性以及其对S390钢硬度的影响。结果表明:粉末冶金高速钢S390的有效厚度为20 mm,在冷却压力为0.8 MPa,冷却速率为3℃/s条件下,可以对S390钢进行真空淬火,该钢不会发生开裂现象;在相同条件下,四次回火后S390钢的硬度比盐浴热处理后该钢的硬度小1.2 HRC,其红硬性较盐浴热处理后小3.1~3.7 HRC。

酸性油气田管道施工现场里氏硬度检测探讨

里氏硬度作为酸性油气田管道施工现场中常用的硬度验收方法,检测准确性关系到管道开裂的风险。通过对标准规范及文献调研,总结出里氏硬度应用在酸性油气田管道施工现场验收的核心问题是管线钢特性导致的检测偏差,选取不同牌号、钢级、壁厚的管线钢材料,开展里氏硬度—布氏硬度的对比试验。试验结果显示,里氏硬度应用于管道母材及环焊缝检测均产生较大偏差,偏差主要与管道壁厚相关。就管道耦合和硬度修正的降低里氏硬度检测偏差方法可操作性展开探讨,建议修正油气田管道施工现场里氏硬度检测以降低安全风险。

坚硬顶板气相切顶预裂卸压技术应用研究

坚硬顶板采场存在垮落困难或步距较大的问题,这导致矿压显现剧烈、围岩严重变形以及高成本低效返修等一系列难题。为了解决这些问题,利用气相切顶预裂卸压技术的高安全性和高效能等优势,综合实施“超前实施,联合治理”策略来控制采场围岩。基于对采场采动应力分区分析的研究,系统设计了气相切顶预裂卸压方案的具体参数,并成功地将其运用于现场。在实施过程中,通过使用高压注水和监测围岩变形等手段验证了气相切顶预裂卸压技术的良好效果。该研究成果为类似坚硬顶板条件下的采掘工程提供了宝贵经验。

软硬复合煤层瓦斯抽采穿层钻孔变形塌孔特征规律研究

为探究软硬复合煤层瓦斯抽采钻孔的变形规律,采用自主研发的“一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置”进行了现场监测,系统分析了硬煤、软煤、软硬复合煤层瓦斯抽采钻孔的变形情况,并采用COMSOL数值模拟手段对试验结果进行验证,结果表明:钻孔浅部竖直方向应变敏感程度滞后于水平方向,且呈交替性增大特征;钻孔应变衰减阶段前,存在一种短暂的伪平衡状态,其实质是煤体内部应力集聚,后突然释放而造成钻孔塌孔;在相同的外部载荷条件下,软弱界面将软硬复合煤层分割为两个相对独立的应力环境,煤层在软弱界面处发生介质突变和应力突变;硬煤层钻孔较软煤层钻孔的各部位变形小,二者均表现为浅部变形大、深部变形小,最终达到稳定环向应变,软硬复合煤层穿层孔在浅部变形与二者相近,穿层孔深部和软弱界面交叉截割形成应力集中区,应力集中区范围沿软弱界面和钻孔径向同时延伸并逐渐衰减,这种衰减呈不明显的非线性特征。

17-4PH不锈钢激光气体渗氮层显微组织与摩擦学性能

目的提高17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢的表面硬度及耐磨性。方法采用光纤激光器对17-4PH不锈钢进行激光气体氮化,采用不同激光功率在其表面制备渗氮层。利用光学显微镜(OM)、电子扫描显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等设备分析渗氮层的显微组织和相组成;借助显微硬度仪测试渗氮层截面深度方向的硬度;采用多功能摩擦磨损试验机测试基体、渗氮层的摩擦学性能,并通过SEM分析磨痕形貌,揭示基体与渗氮层的磨损机制。结果在渗氮前样品组织为回火马氏体,经激光渗氮后样品表面形成了由板条马氏体组成的熔化区和回火马氏体组成的热影响区构成的渗氮层。经渗氮后,样品的硬度均得到提高。在激光功率3000 W下,渗氮层的表面硬度最高,达到了415HV0.2,约是基体硬度的1.2倍,渗氮层的硬度随着深度的增加呈下降趋势,在深度为2.6mm处其硬度与基体一致。在回火马氏体向板条马氏体转变的相变强化,以及氮原子(以固溶方式进入基体)的固溶强化作用下,提高了渗氮层的硬度。经渗氮后,样品的摩擦因数均高于基体,但渗氮后其磨损量相较于基体有所减少,在激光功率3000W下,其磨损体积最小,相较于基体减少了62%。在激光功率2500W下马氏体转变不完全,在激光功率3500W下渗氮层出现了裂纹,都降低了渗氮层的硬度,其耐磨性也随之减小,且都略低于在3000W下。磨损机制由渗氮前的以黏着磨损为主,转变为渗氮后的以磨粒磨损为主。结论在17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢表面进行激光渗氮后,其表面硬度和耐磨性均得到提高,在激光功率3000W下制备的渗氮层具有较高的表面硬度和优异的耐磨性。

裸眼侧钻技术在川马页1井的应用实践

川马页1井为部署在四川省马边地区的一口页岩气参数井,该井在钻进至3437.58 m时出现井内复杂,在第一阶段处理无果后对其进行了注水泥封井。针对川马页1井的复杂情况,提出了三开裸眼段侧钻方案。在分析了近钻头位置侧向力影响因素的基础上,结合实际情况优选了侧钻点、侧钻方式和侧钻钻具组合,确定了侧钻技术措施。经过2次侧钻施工,克服了邻井资料缺乏、侧钻深度大、地层复杂易垮塌、侧钻井段井温高、地层强度高、原井眼井斜小、侧钻方位限制等施工难点,最终侧钻出新井眼并钻达预定井深。为该地区后续钻井施工与复杂处理提供了借鉴。

RX气+天然气渗碳工艺优化设计研究

目前RX气+天然气渗碳工艺在国内推广较晚,对其工艺设计研究较少。为验证该渗碳工艺在军品零部件上的适用性,并实现工艺过程和渗碳产品质量可控,研究了典型渗碳材料在RX气+天然气气氛下渗碳后的渗层和心部微观组织、渗层均匀性、渗层硬度梯度以及淬火后的硬度均匀性等情况。研究表明,通过对RX气+天然气气氛下渗碳工艺过程研究,材料为20Cr2Ni4A的试样在RX气+天然气气氛下渗碳微观组织能够达到一级水平;渗层均匀性在满足标准的前提下实现了提升;渗碳层与基体之间的过渡层碳浓度梯度平缓,硬度均匀性较好,该工艺可适应于普通耐磨要求的渗碳件,但由于硬度很难达到60 HRC以上,因此,不建议60 HRC以上硬度要求的零件采用该渗碳工艺。

深孔预裂爆破强制放顶技术的研究与应用

针对顾桥矿坚厚硬顶板会出现大面积悬顶的情况,且大面积悬露的顶板突然断裂后有压倒支架、产生强冲击瓦斯风暴的可能性,故在顾桥矿1123(1)工作面实施深孔预裂爆破弱化坚硬顶板技术的研究。通过试验表明:顾桥矿1123(1)工作面在实施深孔预裂爆破弱化坚硬顶板后,顶板的初次垮落步距从预测的45-50m减小到27.3m左右,支柱承受压力在可以接受范围内,未出现顶板强烈来压压倒支架的情况;回风巷中瓦斯浓度控制在0.6%以下,抽采瓦斯量稳定在70m3/min,未出现瓦斯超限和煤与瓦斯突出的情况。

遗传算法的收敛性研究

本文讨论了遗传算法的收敛性问题，提出了一个收敛的充分条件，证明了对任何问题，只要其问题空间编码和遗传操作的组合满足这个条件，就可以用遗传算法求解，由此得到了ＧＡ－难题的新定义，解释了现有模式理论所不能解释的最小欺骗问题，并讨论了它的可操作性．

坚硬顶板综采面瓦斯抽采技术优化及应用研究

为了提高某煤矿坚硬顶板综采面的开采安全性,通过试验研究的方式确定瓦斯抽采高位钻孔最佳位置,以此为基础对高位钻孔瓦斯抽采技术进行优化,并将其应用在某矿工作面当中,优化后瓦斯抽采技术的应用有效的提高了综采面瓦斯抽采效率。