换热器T2紫铜管在水线部位的腐蚀机理研究

目的基于对换热器中T2紫铜管因受残留水作用而出现泄漏降压现象的研究,分析换热器T2紫铜管在水线部位的腐蚀机理。方法通过T2紫铜管的润湿试验,对腐蚀样品进行宏观和微观形貌观察,对点蚀坑部位的腐蚀产物进行EDS和XPS等表征手段分析,探究腐蚀产物的成分和结构,从而推导出反应机理。结果铜管水线上部位和下部位都以均匀腐蚀为主,但是颜色有所差异。水线部位以点蚀为主,肉眼即可见排成直线的斑点状腐蚀坑,腐蚀产物的颜色主要为黑色和绿色。根据表征分析结果可知,腐蚀体系中含有HCO_(3)^(-)和SO_(4)^(2-)。腐蚀产物的组成有,内层Cu_(2)O,外层CuO,水线部位和水线以下部位铜管表面还有一层CuCO_(3)Cu(OH)_(2)膜。结论根据腐蚀产物的元素分析可知,在HCO_(3)^(-)和SO_(4)^(2-)共同存在的环境中,铜具有很高的点蚀敏感性,T2紫铜管很容易发生局部腐蚀,加之氧浓差电池的作用,水线部位铜管发生严重的点蚀以致穿孔失效。

VCrAl_(1.21)Ni_(0.93)Co_(1.85)高熵合金中间层真空扩散连接TC4钛合金和T2铜

根据伪二元合金设计策略和共晶高熵合金设计理念,设计并制备了VCrAl_(1.21)Ni_(0.93)Co_(1.85)共晶高熵合金中间层用于真空扩散连接TC4钛合金和T2铜,研究了不同连接温度对TC4/T2扩散连接接头微观组织和力学性能的影响规律.结果表明,所有接头界面结合良好无缺陷产生,在TC4侧的连接界面附近发生了部分相变,由α-Ti向β-Ti进行转变,并且形成了部分魏氏体组织.Ti_(2)(Co,Ni),Ti_(2)(V,Cr,Al),Ti(V,Cr,Co)和(V,Cr)(Al,Ni,Co)相形成在TC4/VCrAl_(1.21)Ni_(0.93)Co_(1.85)界面上,而VCrAl_(1.21)Ni_(0.93)Co_(1.85)/T2界面上形成了(V,Cr)(Al,Ni,Co)和(V,Cr)(Cu,Ni,Co)_(3)相.界面上形成高熵微观组织结构起到高熵固溶强化作用,扩散层Ⅰ和Ⅱ对应的生长激活能分别为229 kJ/mol和191 kJ/mol,接头抗剪强度在880℃时达到最大为194 MPa,接头主要沿着BCC基体相和B2相交替位置断裂,断口表面出现河流花样特征,属于一种典型的解理断裂模式.

换热器T2铜管点蚀及复配缓蚀剂研究

以换热器因T2铜管腐蚀导致的失效为工程应用背景,采用腐蚀失重法、扫描电镜和能谱仪研究了换热器中T2铜管的腐蚀及影响因素,并得到了T2铜管的复配缓蚀剂的最佳配比。结果表明:造成T2铜管腐蚀的主要原因是铜表面上氧化亚铜保护薄膜局部破裂,致使坑底的铜为阳极和表面的氧化亚铜薄膜为阴极形成电偶腐蚀,使得在坑中的铜溶解发生点蚀。而氧化膜的破裂与过量的含碳残渣、污垢(异物)在表面的沉积、机械损伤以及材料自身的缺陷等有关。

空气密度对铜(T2)/Q235爆炸焊接影响的数值模拟研究

为了研究不同空气密度对铜(T2)/Q235爆炸焊接的影响,选用T2作为复板,Q235为基板,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件并结合任意拉格朗日欧拉耦合法(ALE算法),对三种不同空气密度下的铜(T2)/Q235爆炸焊接进行三维数值模拟。对模拟结果的碰撞速度、碰撞压力和竖向位移等动态参数进行对比分析,结果表明在三种空气密度下,特征单元的碰撞速度、碰撞压力和竖向位移的变化趋势几乎一致。说明空气密度在一定范围内变化对爆炸焊接动态参数的影响非常小,可以忽略不计。

应变速率对T2紫铜热变形行为的影响

为研究T2紫铜热变形行为与应变速率的关系,在不同的试验温度和应变速率下,采用电子万能试验机及高温环境箱对T2紫铜进行了准静态拉伸试验,采用光学显微镜对T2紫铜进行了微观组织观测。结果表明,当温度为20~250℃、应变速率为10~(-4)~10~(-2) s~(-1)时,材料的抗拉强度最小值为629 MPa,最大值为767 MPa,变化率为21.94%;而屈服强度的最大、最小值分别为636和584 MPa,变化率为8.90%。通过Ludwick模型模拟,发现其应变硬化指数和强化系数均与温度成正相关,与应变速率负相关。在塑性变形阶段,材料的应变硬化、动态回复及动态再结晶并存,升高温度加剧了材料的锯齿流变行为。从微观组织中发现,升高温度、降低应变速率均使得变形孪晶增多,增加了位错运动的密度。结合试验结果建立了T2紫铜的Arrhenius双曲正弦与Johnson-Cook的本构模型,并验证了精确度。

添加活性剂的T2纯铜MIG堆焊304L不锈钢工艺

为实现T2纯铜基体堆焊304L不锈钢,采用MIG焊的方法进行试验,在分析焊接电流、预热温度对堆焊层成形影响的基础上进一步添加活性剂过渡层,通过分析活性剂对堆焊层及铜-不锈钢结合界面的作用发现:活性剂可以有效增加熔深,改善铜-不锈钢界面的结合情况,其中Cr_(2)O_(3)既可产生电弧收缩,又可改变熔池流动形态,效果优于NaF的作用。添加Cr_(2)O_(3)活性剂后铜-不锈钢结合界面Cu-Fe相互过渡形成混溶区,在铜侧形成球状富Fe相,在不锈钢侧形成颗粒状富Cu相。Cu-Fe的充分扩散可改善结合界面,避免产生渗铜裂纹,优化后的工艺为:添加Cr_(2)O_(3)活性剂,预热温度400℃,焊接电流320 A。

光束摆动对T2紫铜激光搭接焊缝成形及力学性能的影响

目的采用激光光束摆动方式改善T2紫铜激光焊接的焊缝质量,提高T2紫铜搭接焊接头的力学性能。方法对比不同摆动模式下T2紫铜搭接焊接头的焊缝成形,测试圆形摆动模式下摆动频率和摆动幅度对接头横截面形状的影响。采用显微镜观察分析焊缝金相组织,并研究摆动工艺参数对显微硬度、抗剪力的影响规律,最终得到最佳的工艺参数组合。结果相对于常规激光焊接和横向、无穷摆动模式,圆形摆动模式下T2紫铜焊缝成形最好。圆形摆动模式下,摆动频率从100 Hz增大到600 Hz时,熔深相应减小,熔宽变化不大;摆动幅度从0 mm增大到2 mm时,熔深相应减小,熔宽增大。接头断裂形式一般为焊缝边缘断裂,且接头光束摆动重熔区域等轴晶有所增加。当摆动频率由100 Hz增大到500 Hz时,结合面熔宽变化不大,显微硬度相应增大,接头得到强化,抗剪力由2.07 kN增大至2.32 kN;当摆动幅度从0 mm增大到1.2 mm时,显微硬度有所降低,结合面熔宽由0.332 mm增大到1.347 mm,抗剪力随之由1.35 kN增大至2.36 kN。结论圆形光束摆动模式下,当A=1 mm,f≥300 Hz或f=300 Hz,1 mm≤A≤1.5 mm时,能明显改善T2紫铜表面焊缝质量;激光光束的摆动有利于增大结合面熔宽,从而提高T2紫铜搭接焊接头的力学性能。

氧含量对T2纯铜药型罩EFP成形影响的研究

目的研究氧含量对T2纯铜药型罩EFP成形的影响,指导药型罩的研制设计和生产过程的质量控制。方法从微观组织、冲击韧性和高温力学性能3个方面探讨不同氧含量(0.001%和0.09%,质量分数,下同)对T2纯铜药型罩EFP成形的影响,并进行静爆试验进行对比验证。结果微观组织表征结果显示,2种试样的晶粒度基本一致,均存在再结晶组织,但氧含量为0.09%试样在晶界处存在大量的Cu2O。冲击韧性试验表明,在相同工况条件下,与氧含量为0.001%试样相比,氧含量为0.09%试样的冲击功大幅度降低。由高温力学性能试验可以得出,氧含量为0.09%试样的抗拉强度和断面收缩率均小于0.001%试样的,且随着温度的升高,降幅趋势增大;在静爆试验过程中,氧含量为0.001%试样的EFP均正常工作,而氧含量为0.09%试样的EFP出现异常,杵体发生断裂,靶板未被穿透。结论氧含量对T2纯铜药型罩EFP成形至关重要。当氧含量较高时,会在晶界处形成偏聚状态的氧化亚铜,进而造成药型罩塑性和韧性大幅下降,影响EFP成形,甚至造成杵体断裂,使EFP成形失败。在选用T2纯铜材质的药型罩时应当严格规定其氧含量。

45钢/T2铜复合界面特征及性能分析

采用高温真空熔铸法制备45钢/T2铜复合材料,通过拉伸/剪切试验、扫描电镜观察及能谱分析、硬度测定仪等设备分析钢铜复合界面的结合强度、显微结构及显微硬度、过渡区的成分变化等。结果表明:在(1150±50)℃、4.0×10-2Pa真空条件下熔铸制备的钢铜复合材料,界面结合紧密、呈锯齿状、无冶金缺陷,Cu、Fe金属原子发生互扩散现象,形成一个宽度约60μm的过渡区,其显微硬度介于T2铜和45钢之间,组织是Fe-Cu的固溶体,复合材料的抗拉/剪强度分别是278 MPa、217 MPa,断裂发生在铜端。断裂机制是铜的微孔聚合性断裂。而且随着熔铸温度的升高,复合界面结合更紧密、锯齿状突起更明显、元素扩散更充分。

焊前预热对T2紫铜激光焊接接头组织和性能的影响

对2mm厚T2紫铜板进行了未预热和不同温度预热(100,150,200℃)的光纤激光焊接,研究了焊前预热对该焊接接头组织和性能的影响。结果表明:与未预热的相比,150℃预热激光焊接接头的熔深和熔宽较大,焊缝的等轴晶和熔合区的胞状晶粒均较粗大;预热激光焊接接头焊缝的电阻率与未预热的相比有所降低,焊前预热改善了焊接接头的导电性能;150℃预热激光焊接接头的显微硬度总体上高于100,200℃预热的,显微硬度均随距焊缝中心距离的增大先减后增,焊缝中心的最大;随着预热温度的升高,焊缝的自腐蚀电流密度先增大后减小,耐腐蚀性能虽先减小后增大,但相差较小。

T2铜箔精密微冲孔工艺(英文)

随着微机电系统的飞速发展,微孔类零件广泛应用于生物医疗、微电子以及纺织印染等领域中,要求尺寸精度高、断面质量和重复性好,并且能够实现低成本批量制造.微冲孔技术具有传统塑性加工工艺的优点,生产效率高,工艺简单,成形件性能好和精度高,非常适合微型零件的低成本批量制造.针对箔板微孔类零件,设计了一套精密微冲孔模具,采用微冲孔技术研究了冲裁条件对微冲孔工艺的影响规律.结果表明,微冲孔过程与传统冲裁类似,经由弹性变形阶段和塑性剪切阶段,最后断裂分离.微孔断面分布仍然包括圆角、光亮带、断裂带和毛刺.随着相对冲裁间隙的增加,最大剪切强度先降低后逐渐增加;随着冲裁速度的增加,铜箔微冲孔过程最大冲裁力和最大剪切强度逐渐减小,微孔断面光亮带高度增加,断面质量提高.最后,在最佳的冲孔工艺即冲裁间隙为5%、冲裁速度为20mm/s的条件下冲出直径为0.4mm质量良好的微孔.

线性摩擦焊AA5083铝合金/T2纯铜异质接头特征研究

对AA5083铝合金/T2纯铜进行不同焊接压力下的线性摩擦焊试验,结果表明:焊接过程主要以铝合金的压缩变形为主,T2变形量较小。焊缝处界限分明,两侧晶粒均明显细化,铝侧细化程度更高且金属流线消失。焊缝界面可观察到明显的孔洞缺陷,且随摩擦压力的增大孔洞逐渐减小直到消失。接头拉伸强度达到T2母材的50%,接头伸长率很低,拉伸断裂均发生在焊缝区,断裂形式均为脆性断裂。微区成分分析可知,Al/Cu界面处存在厚度大约为2μm扩散层;界面附近Al侧出现以Cu粒子与金属间化合物弥散的机械混合组织,厚度在100~500μm浮动。接头强度较低的主要原因是存在界面孔洞缺陷及金属间化合物混合组织。

T2紫铜微正挤压件表面形貌与微观组织分析

为便于取出微正挤压零件,设计了具有分瓣式结构的微正挤压凹模,并成功成形出最小挤出杆直径为0.25 mm的微正挤压件.采用扫描电子显微镜(SEM)及金相显微镜对微正挤压件的表面形貌及微观组织进行了观察。结果表明,随着挤出杆尺寸的减小或晶粒尺寸的增大,内外层材料的非均匀塑性变形程度增加;当挤出杆尺寸降低到亚毫米尺度时,微挤压成形件发生了一定弯曲;微正挤压件纵向和横向微观组织的非均匀分布表明,在微正挤压成形过程中材料在纵向和横向上都经历了严重的非均匀塑性变形.材料的非均匀塑性变形程度是随着挤出杆尺寸的减小或晶粒尺寸的增加而不断增加的.

退火温度对T2纯铜微结构演变及力学性能的影响

利用扫描电镜、光学显微镜、MTS试验机、显微硬度计等分析了T2纯铜薄板的显微组织和力学性能,探讨了退火温度对T2纯铜微结构演变行为的影响。结果表明,材料的屈服应力、拉伸应力及显微硬度随着退火温度的升高而减小。不同晶粒尺寸的材料形状因子随着应变增大具有相似的变化趋势,晶粒尺寸越大形状因子变化越大。不同晶粒尺寸的材料相对形状因子的变化非常相似,相对形状因子的相对增长趋势大致相同。通过指数函数对材料的归一化形状因子曲线进行了拟合,建立了拟合方程。分析了T2纯铜在不同退火温度下归一化形状因子随塑性变形的演变规律。

ECAP对T2工业纯铜的性能影响及实验过程模拟

在室温下运用等通道转角挤压技术(equal channel angular pressing,ECAP)对T2工业纯铜进行了多道次的挤压,并对各道次材料进行了不同温度的退火处理。研究了材料在经历不同挤压道次和不同退火温度后强度和韧性的变化规律。并运用ABAQUS软件对实验过程中材料的受力情况进行了模拟。结果表明,T2工业纯铜在BC路径下经历多次挤压后,晶粒得到细化。将材料在433、453和473K下进行1h的退火处理后,材料的强度有所增强,材料的韧性变化不大。

退火T2纯铜单向拉伸损伤本构模型的研究

利用SEM、OM、MTS试验机等分析和测试了T2纯铜薄板的显微组织和力学性能,研究了晶粒尺寸和临界损伤因子对T2纯铜力学行为的影响,建立了T2纯铜的双线性弹塑性本构模型,量化了晶粒尺寸和微观组织演变对宏观力学行为的影响.结果表明,在其他变形条件相同的情况下,随着晶粒尺寸的增大,材料的屈服强度和抗拉强度减小.T2纯铜的强度随着临界损伤因子的增大而提高.晶粒尺寸和临界损伤因子相同时,材料的形状因子随着应变的增大具有相似的增大趋势.模型得到的预测值与实验值具有较高的一致性,可以准确的揭示T2纯铜在不同退火温度下宏观变形与微观组织演变之间的关系.

板厚对T2紫铜板U形弯曲回弹的影响

采用U形弯曲模对T2紫铜板进行弯曲试验,测量卸载后的弯曲角回弹量,结果表明:在板厚0.15-2.0mm的范围内随着板厚的增加,试样的弯曲角回弹量逐渐减小。为了精确描述弯曲角回弹量与板厚之间的关系,分别用最小二乘法拟合与拉格朗日插值获得两者之间的函数关系式,接着用一组弯曲角回弹量的测量值去验证两种方法的计算精度,验证结果表明:最小二乘法拟合得到的函数关系式的计算值具有更小的均方根误差,可以用来预测T2紫铜板的弯曲角回弹量,对于分析T2紫铜板的弯曲变形以及合理制定弯曲工艺具有一定的指导意义。

T2铜的动态力学性能及本构关系

利用Gleeble1500热模拟试验机和分离式霍普金森压杆试验装置(SHPB)对T2铜进行常温下准静态压缩试验和高应变率下的冲击压缩实验,获得不同应变率下的应力-应变曲线。结果表明:T2铜在动态冲击下的强度明显高于准静态压缩下的强度,具有显著的应变率强化效应;在动态冲击较低应变速率的区域内,T2铜的塑性流动应力对应变率很敏感,具有明显的应变强化和应变率强化效应。但在动态冲击较高应变速率的区域内,发生相同变形时的应力水平相差不大,表现出对应变率变化不敏感的性质。对传统的Johnson-Cook本构模型进行修正,拟合曲线与试验曲线吻合较好。

套管式换热器管路用铜合金组织及性能研究

地源热泵套管换热器对其内部流水管路的抗腐蚀性能及耐磨性要求极高。研究主要针对T2紫铜管及B10铜镍合金管在0.0598 mol/L NaCl和0.1 mol/L NaHSO3混合溶液中的腐蚀速率,分析两种合金管的腐蚀行为及抗腐蚀性能,并综合考虑两种合金的力学性能、加工工艺、材料成本,使选材最优化。结果表明:在3.5%NaCl和0.1 mol/L NaHSO3溶液中,T2紫铜管以均匀腐蚀为主,最大腐蚀深度约为0.121 mm,B10铜镍合金表面轻微腐蚀,局部存在点蚀坑,最大腐蚀深度为0.041 mm,铜镍合金管的抗腐蚀性能明显优于紫铜管;B10铜镍合金的抗拉强度及硬度分别为450 MPa、140 HV,力学性能明显优于紫铜。综合抗腐蚀性能、力学性能、加工工艺、材料成本考虑,认为B10铜镍合金更适用于制造地源热泵套管换热器内管路。

SMP环境下pH对T2紫铜表面的碳酸钙结垢特性影响

为了研究pH=7.5和pH=8.5条件下碳酸钙垢对T2紫铜表面的腐蚀影响,将海洋典型腐蚀菌硫酸盐还原菌分泌物SMP(soluble microbial products,SMP)分离并添加到碳酸钙结垢体系中。用砂纸打磨紫铜表面,在不同pH下,置于0.5 mol/l的CaCl2溶液和SMP-C浓度为1 mg/L的SMP混合液,并设置不加SMP的对照组。并通过X射线衍射仪,红外光谱仪,扫描电子显微镜对结垢进行表征,用光学显微镜对结晶后的金属表面形貌进行分析。结果表明,pH升高促进结垢,而SMP的螯合作用抑制了结晶。SMP能够一定程度上抑制结晶的进程,但pH是影响结晶的主要因素。