内壁强化对TA16钛合金传热管断裂韧度的影响

采用TA16传热管制备的直流蒸汽发生器是新一代核动力装置的核心部件。为提高管材的内壁质量,目前采用内绞、喷砂等数道表面加工程序,生产成本大幅升高。为简化工艺流程,降低生产成本,开展针对TA16管材的内壁强化技术研究。同时为了确定内壁强化对管材断裂韧性的影响,提出一种含双边轴向裂纹管(DEAT)试样,通过弹塑性有限元分析建立DEAT试样的应力强度因子K和J积分的计算表达式,通过建立的试验方法完成内壁强化前后TA16传热管的J-R曲线测试,获得内壁强化前后TA16传热管的断裂韧性参数。试验后采用SEM、EBSD、TEM及纳米压痕分析内壁强化对管材微观组织和性能的影响。研究结果表明:强化后TA16管内壁从表面沿径向形成100~200μm的纳米超细晶区和孪晶变形区,显著提高了管材的内壁质量,但由于表层的硬度升高,导致传热管的断裂韧度整体水平有所下降。研究结果可为TA16管材的质量提升、安全性评价及性能退化评估奠定技术基础。

TA16钛合金管材拉伸性能及组织研究

对大变形轧制的TA16钛合金管材在不同温度下进行热处理,分析热处理温度对管材室温拉伸性能和显微组织的影响,选择最优工艺对管材进行热处理,测定室温拉伸性能及工艺性能。并对管材进行不同温度高温拉伸,分析温度对管材高温拉伸性能和拉伸断口形貌的影响。结果表明:在600~750℃热处理时,管材强度和塑性随着温度升高呈下降趋势,晶粒逐渐长大。在100~350℃高温拉伸时,管材强度随温度升高而降低,拉伸断口均出现颈缩,表现出塑性断裂特征。

TA16钛合金导管的自动钨极旋转氩弧焊

针对2种规格的TA16钛合金导管开展不加填充的自动钨极旋转氩弧焊工艺试验,确定最佳的焊接工艺参数,并对其焊接接头的质量和性能进行了分析。结果表明:采用自动氩弧焊工艺焊接TA16钛合金导管,能够获得良好的焊接接头:接头室温拉伸强度能达到母材的95%以上:随着温度的升高, TA16导管接头的拉伸强度逐渐下降。

氢对TA16钛合金性能影响研究

研究氢对TA16钛合金显微组织、氢脆行为和应力腐蚀行为的影响,以及TA16钛合金在8.5 MPa高温碱性水中的吸氢性能。结果表明,氢在TA16钛合金中形成面心立方的δ相氢化物TiHx（x=1~2）。在室温条件下,TA16钛合金氢脆敏感性随着合金中的氢含量的增加而增大;在8.5 MPa高温碱性水中,TA16钛合金的应力腐蚀敏感性随着合金中氢含量的增加而增大,但合金中氢的体积浓度小于350 mL/m3时,合金的应力腐蚀敏感指数小于0.2。在8.5 MPa高温碱性水中,TA16钛合金的吸氢量随着浸泡时间的增加而增大,浸泡13 000 h后,TA16钛合金的吸氢体积浓度小于50 mL/m3,合金表面形成的由TiO、TiO2和Ti2O3组成的致密氧化膜。

TA16钛合金热加工管材工艺研究

通过对TA16钛合金挤压锭坯制备工艺技术、挤压温度、变形程度、退火工艺制度、表面处理工艺方法、化学成分、工艺与组织性能相关性的研究,掌握了该钛合金的热加工变形特点,确定了热加工的工艺路线及参数.研制出的产品具有表面优、尺寸精、性能好等特点,满足相关技术标准的质量要求.

冷变形及退火参数对TA16钛合金管材组织性能的影响

通过对冷加工管材的变形程度、Q值、退火温度等变形和热处理参数的实验研究,探讨TA16钛合金管材的加工变形特点和组织性能的变化规律.结果表明,该钛合金具有较强的冷变形能力,较宽的退火温度区域,可通过细化晶粒及增大Q值来提高管材的强度和塑性.

挤压速度对TA16钛合金管坯热挤压成型的影响

研究了φ86mm×15mm×TA16钛合金挤压管坯在相同加热制度的前提下,分别以60~120mm/s和180~240mm/s两种不同挤压速度热挤压成型管坯的金相组织、室温力学性能、壁厚偏差及表面质量状况,分析了两种不同挤压速度对热挤压成型管坯质量的影响。发现加热制度相同,其他因素不变的情况下,挤压速度降低热挤压成型的管坯显微组织、室温力学性能没有发生明显变化,壁厚偏差及表面质量明显提高。

TA16和TA17钛合金热物理性能与温度的关系

在不同温度下对TA16和TA17钛合金的线膨胀系数、比热容、弹性模量、热扩散率和导热系数进行了测定和分析。结果表明：两种钛合金在100～500℃之间的平均线膨胀系数分别为9．638×10^-6℃^-1和9．224×10^-6℃^-1；在500℃以下，两者的线膨胀系数、比热容、热扩散率和导热系数均随温度的升高而增大，只有弹性模量随温度升高而减小；并用最小二乘法建立了在50～500℃之间的比热容、弹性模量、热扩散率、导热系数与温度之间的函数关系。

TA16和TA17钛合金在高温高压水中的腐蚀行为研究

研究了TA16和TA17钛合金在高温高压中性水质中的电化学行为、均匀腐蚀行为和应力腐蚀行为。结合SEM和XPS分析技术,分析了腐蚀后合金表面形貌和氧化膜的组成。研究结果表明:在高温高压中性水质中,两种钛合金具有很好的耐腐蚀性能,TA16钛合金的钝化性能、抗均匀腐蚀和抗应力腐蚀性能均优于TA17合金,腐蚀后两种钛合金表面生成了表层由TiO2组成、内层由TiO2、Ti2O3和TiO组成的致密氧化膜。

TC4/TA16异种金属焊接接头的断裂机理研究

为了探明TC4/TA16异种钛合金氩弧焊接头的断裂机理,对焊接接头进行了力学测试,同时对不同部位进行了显微组织观察、硬度试验及断裂韧性测试,最后对断口形貌进行了显微观察。结果表明:TC4/TA16异种焊接接头拉伸屈服强度接近TA16母材,抗拉强度和延伸率均低于两母材。断裂模式为塑性断裂,拉伸薄弱环节位于TA16侧热影响区,该区硬度低,晶粒尺寸大。由于热输入不均匀造成焊接接头不同区域不同的组织结构。TC4热影响区为网篮组织。TA16侧热影响区由于导热慢,长时间处于过热区,使晶粒长大,在外力作用下产生畸变。裂纹的扩展途径曲折,需要吸收较大的能力才能扩展,断裂韧性高,断裂韧性断口出现典型深而大的韧窝形貌,为塑性断裂。TC4侧热影响区的断裂韧性差,为缺口断裂的薄弱环节。为了避免破坏,要求在焊接过程中应该合理控制焊接温度和冷却速率,减低缺陷。

多道次小加工量冷轧对TA16小规格厚壁管材的影响

通过对相同锭号和挤压坯料规格TA16Φ16×2和Φ8×1.5两种冷加工管材的在多辊轧机轧制的道次、加工量、金相组织和力学性能的比较,探寻其管材组织的均匀性规律和力学性能的变化。研究多道次、小加工量轧制方式对管材性能的影响规律。结果表明,增大当前的加工量可以显著减小管材径向的变形不均。对于不同加工量的管材应该制定相应的退火制度,这样既可以控制晶粒大小避免完成再结晶的晶粒继续长大,也可以通过调节退火制度参数以满足产品要求。

带内表面缺陷TA16管的高周疲劳性能研究

采用无损探伤方法，选取新旧2种工艺带内表面缺陷的TA16钛合金管管材进行轴向应力控制的高周疲劳试验。新工艺管内壁缺陷宽而平滑，旧工艺管内壁缺陷呈裂纹或锯齿状。超声检测结果表明，25%-90％的旧工艺TA16管的疲劳寿命在1×105^次～6X105^次；新工艺管材的疲劳寿命均在10‘次以上。分析表明，高周疲劳断口无法直接观察疲劳裂纹源，但裂纹扩展方向由管内壁向外壁发展，说明管的表面状态对材料的疲劳性能有一定的影响。