保温时间对钛合金板翅式换热器真空钎焊过程温度场及残余应力的影响

钛合金板翅式换热器成品率较低、残余应力较大,该文针对钛合金板翅结构真空钎焊过程开展热-固耦合建模与仿真研究,阐述了钎焊过程温度均匀性及残余应力分布特征,探明保温时间对钛合金板翅式换热器真空钎焊过程温度场及残余应力的影响机理.结果表明,板翅结构两侧温度较高,中部温度较低,延长保温时间可有效改善板翅结构的温度均匀性.残余应力均主要集中于翅片上表面与隔板背侧中部,在钎缝及夹持点处存在明显的应力集中现象,保温时间越长翅片钎缝的残余应力越小.模拟得到钛合金板翅式换热器真空钎焊中残余应力与试验结果相吻合,相对误差为5.3%,验证了该模型的准确性.

不同真空度下轧制钛钢复合板的界面氧化行为

采用真空热轧复合技术制备了TA2/Q345R钛钢复合板,通过扫描电子显微镜(SEM)、维氏硬度计、万能拉伸试验机等分析了不同真空度下轧制钛钢复合板的界面组织和力学性能。结果表明:当复合坯真空度为1 Pa时,钛钢复合板钛复层氧化明显,TA2表面分别产生了10μm的富氧层与硬化层,硬化层硬度约为325 HV;当复合坯真空度为0.1 Pa时,TA2表面部分氧化导致钛钢界面产生约40μm厚的间隙,局部位置还产生了冶金结合;当复合坯真空度达到0.01 Pa时,钛钢复合界面平整连续无缺陷,平均剪切强度约179MPa。综上,0.01 Pa是轧制法制备钛钢复合板的合理真空度。

前处理及热处理对钛合金化学镀镍层性能影响的研究

为满足新一代战机对减重的要求,钛合金作动筒正逐步替代传统的钢制作动筒。为提升钛合金表面硬度,增强其耐磨性能,开展了钛合金化学镀镍工艺研究,探索不同前处理及热处理方式对镀层性能指标的影响。采用硬度测试仪、扫描电镜、能谱测试仪等对镀镍后TC6钛合金的硬度、厚度、表面形貌、结合力、膜层成分及含氢量进行了检测分析。结果表明,前处理采用低压吹细砂+氢氟酸腐蚀活化,得到结合力良好的Ni-P合金镀层,镀层硬度在各个温度区间内分布均匀且随着温度升高而提升,真空炉399℃热处理,硬度可达900HV,含氢量为104.28ppm,满足产品使用需求。

钛合金板翅式结构真空钎焊过程温度场均匀性研究

板翅结构具有更高的换热效率与性价比,广泛应用于航空航天、超导、石油化工等领域。同时,高温高压高载荷的恶劣环境要求板翅结构具有更优异的力学性能、更高的安全性与可靠性。因此,针对钛合金板翅结构真空钎焊过程开展温度场均匀性研究,探究加热带分布、升温速率对板翅结构温度场均匀性的影响规律与机理,明晰炉膛内温度场分布规律。结果表明,工件温度场均匀性受工件结构的影响显著,炉膛中心区域温度最高,但板翅结构的峰值温度位于板翅结构两侧。当工件受到热辐射的方向性较差时,其温度均匀性更好,因此间隔分布的加热带温度均匀性更优。而升温速率增大时,工件的温度场均匀性变差。其仿真结果为优化钛合金板翅结构钎焊工艺提供了理论基础。

TC4钛合金液冷板与结构件真空钎焊的工艺研究

针对TC4钛合金液冷板与细长结构件真空钎焊存在漏焊,一次焊接成功率低的问题,采用高、低温Ag-Cu基钎料及石墨配重的工艺方法进行钎焊,对钎缝进行了微观金相分析,检测液冷板的极限疲劳寿命、极限耐压强度和流动阻力。结果表明:利用高温Ag-Cu基钎料钎焊的液冷板测试件在1 MPa的极限耐压能力测试中,压力表示数稳定未漏气,在极限疲劳寿命测试过程中,经历2 000次0.5 MPa反复升压,未泄漏和损坏;低温Ag-Cu基钎料钎焊的液冷板测试件则发生漏气,压力表示数变化明显。TC4钛合金液冷板与细长结构件真空钎焊的过程中,高温Ag-Cu基钎料比低温Ag-Cu基钎料的焊接性能好。

钛板壳式换热器及其在常压塔顶的应用

常减压装置存在较为严重的低温位腐蚀问题,尤其是常压塔顶冷凝器腐蚀问题更为严重。采用钛板壳式换热器作为常压塔顶油气换热器用于500×104t/a常减压装置中,运行至今设备状况良好,设备投资与装置运行费用大为降低。

TC4钛合金与结构钢接触腐蚀控制技术研究

为了解决飞机结构中TC4钛合金与T250结构钢的接触腐蚀问题,研究了采用TC4钛合金表面真空电弧离子镀Al膜层、镀TiN膜层,结构钢更换材料,以及两种方法联合的技术途径的可行性。依据航空标准,采用电化学测试技术评价了有关电偶对的腐蚀等级,采用盐雾腐蚀试验方法研究了组合件的接触腐蚀敏感性。研究结果表明,TC4钛合金与T250结构钢之间存在显著的电偶腐蚀。TC4钛合金表面真空离子镀TiN或镀Al后钝化处理,仍然与T250钢之间存在显著的电偶腐蚀敏感性。用0Cr17Ni7Al钢和0Cr15Ni5Cu2Ti钢分别取代T250钢,虽然电化学测试结果表明更换钢与TC4钛合金之间电偶腐蚀敏感性低,但是组合件的盐雾腐蚀试验结果表明仍然存在明显的缝隙腐蚀现象。采用TC4钛合金表面离子镀TiN处理,同时以0Cr17Ni7Al钢取代T250钢,则有效解决了TC4钛合金与结构钢组合件的接触腐蚀问题。

膜厚对(Ti,Al)N涂层微结构、机械性能及切削特性的影响

利用蒸发与磁控溅射二元组合源设备,通过控制沉积时间在钨钴类硬质合金螺纹刀表面制备了不同膜厚的(Ti,Al)N涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、维氏显微硬度计、洛氏硬度计和摩擦试验机考察了涂层厚度对涂层微观结构、表面形貌、元素组成、显微硬度、膜-基结合力及摩擦磨损性能的影响,并通过切削40Cr钢材研究了涂层刀具的切削特性。结果表明,沉积6 h所得涂层(膜厚约5.0μm)的复合硬度(涂层+基材的显微硬度)显著高于沉积2 h(膜厚约1.8μm)所得涂层,但膜-基结合力更弱,磨耗速率更快。

电弧离子镀/磁控溅射复合真空退火制备Ti2AlC涂层

采用自主研发的大弧源技术,复合中频磁控溅射石墨靶,避免H元素的引入,在锆合金表面快速沉积了致密、超厚(约20μm)的Ti-Al-C涂层.经过不同温度(550、650、750和850℃)和时间(1、2和3 h)的真空退火后发现,至少在650℃才能获得Ti2AlC结构,更高的温度会加速Ti2AlC的生成.高温沉积对制备Ti2AlC相涂层而言是必备的.

Ta-10W/Ti的高温界面反应研究

采用多弧离子镀技术在金属钛表面成功制备出连续致密且厚度均匀的α-Ta相Ta-10W涂层。在900℃下分别对涂层进行高温氧化和真空扩散处理,通过XRD、SEM、EDS等分析测试手段对涂层的抗氧化性能及元素扩散行为进行研究。结果表明:在高温氧化过程中,存在氧化和扩散双重作用,涂层与基体间发生相互扩散且涂层表面形成氧化膜,致使涂层脆化,但涂层/基体界面处氧化不明显,说明Ta-10W涂层对基体起到了有效的抗氧化作用;在真空扩散过程中,Ta向基体中扩散较为剧烈且沿着逐渐趋直的α-Ti晶界进行扩散。

表面处理对TC16钛合金和18Ni钢电偶对的腐蚀防护

为了有效控制航空工业中TC16钛合金与18Ni钢的电偶腐蚀,分别采用真空电弧离子镀TiN层和微弧氧化技术对TC16钛合金进行表面处理,并对18Ni钢化学氧化,分析了不同表面处理的电偶对的腐蚀等级、阻抗特征及腐蚀形态。结果表明:TC16钛合金与18Ni钢之间存在显著的电偶腐蚀,仅对18Ni钢化学氧化不能解决其与TC16钛合金的电偶腐蚀问题;在TC16钛合金表面镀TiN层,同时对18Ni钢化学氧化,可在一定程度上控制电偶腐蚀;而对TC16钛合金表面微弧氧化,同时对18Ni钢化学氧化,则能完全有效地控制两者间的电偶腐蚀。

常压塔顶增设钛板壳式热交换器消除加工轻质油瓶颈

兰州石化公司炼油厂500万t/a常减压蒸馏装置为解决加工轻质油造成常压塔顶负荷过大的问题,新增一台钛材板壳式热交换器与原热交换器并联安装作为常压塔顶油气-热媒水热交换器。改造后装置加工量、常压收率、常压塔顶压力及汽油冷后温度等都达到或优于设计条件,并很好地解决了常压塔顶油气热交换器的腐蚀问题,最大限度地降低了装置的操作与检维护费用。

增强体表面镀钛对SiCP/Al2014复合材料组织和性能的影响

为了提高SiCP/Al2014复合材料的界面结合强度,分别采用盐浴法和真空微蒸发法对SiCP进行表面镀钛处理,并通过热压烧结+热挤压工艺制备了SiCP增强Al2014复合材料(10%SiCP/Al2014),研究了SiCP表面镀钛对SiCP/Al2014复合材料微观组织、抗拉强度和耐磨性能的影响。结果表明:经过表面镀钛处理后,SiCP表面均形成了TiC+Ti5Si3的化合物层,使复合材料中SiCP与铝基体的界面结合由物理缩合转化为化学结合,故改善了SiCP与铝基体的润湿性,减少了界面缺陷,从而提高了界面结合强度。盐浴镀钛和微蒸发镀钛10%SiCP/Al2014复合材料的拉伸强度(407 MPa和394 MPa)相比未镀钛10%SiCP/Al2014复合材料分别提升了12.1%和8.0%,磨损量分别降低了58.3%和50.0%。

常压塔顶换热器的腐蚀泄漏和防护措施

近年来,随着加工原油中硫含量和酸值逐渐升高,原油劣质化程度不断加重,常减压蒸馏装置在运行期间,常顶换热设备经常出现腐蚀泄漏的情况。某装置的常压塔顶换热器主要包括碳钢材质的U型管式换热器、不锈钢材质的全焊接板式换热器、碳钢衬钛的固定管板式换热器等,对这些不同结构及材质的换热器的腐蚀泄漏及检修情况进行了总结,并对其优劣进行了对比分析,同时提出相应的防护建议和措施,以减缓设备腐蚀,确保装置长周期稳定运行。

真空制坯热轧钛/钢复合板工艺及性能

钛/钢复合板的需求量日益增多,真空制坯热轧复合法(VRC)是制备高性能钛/钢复合板的有效工艺。介绍了钛/钢复合板制备工艺的国内外现状和工艺特点。依托863重点项目"钛/钢复合板研究与生产技术开发"和十三五重大课题"容器板轧制复合原理与关键技术",利用真空制坯热轧复合法(VRC)在实验室和钢厂进行了一系列钛/钢复合板的轧制试验,对复合板的界面组织与力学性能进行了分析。实验室制备的钛/钢复合板,界面生成了明显的TiC层,未发现氧化物等杂质,断口有大量韧窝生成,复合界面平均拉剪强度达到了230 MPa。钢厂试生产的钛/钢复合板,宽幅达到3 500 mm,界面生成连续的β-Ti层,拉剪断口未检测到氧化物,拉伸、冲击、弯曲等力学性能均满足国家标准,剪切强度均在196 MPa以上,已达国内领先水平。