油气开采用钛合金石油管材料耐腐蚀性能研究

选取5种油气开发常用钛合金材料(Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4V-0.1Ru、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo和Ti-5.5Al-4.5V-2Zr-1Mo)为研究对象,使用高温高压釜模拟国内典型严酷服役工况环境,研究了不同钛合金材料耐均匀腐蚀、局部腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂(SCC)及缝隙腐蚀的性能,通过使用扫描电镜和能谱分析等手段对腐蚀形貌和腐蚀产物进行了分析,并使用电化学方法对不同合金的耐腐蚀机理进行了研究。结果显示,在所测试工况条件下,所有钛合金材料腐蚀反应均为阳极控制过程,均匀腐蚀速率均低于0.001mm/a,并且对应力腐蚀开裂均有良好的抗力。Ti-6Al-4V和Ti-5.5Al-4.5V-2Zr-1Mo合金出现明显的点蚀和缝隙腐蚀问题。对腐蚀机理研究表明,在工况条件温度下,随着pH值的降低,所有钛合金均发生自腐蚀电位降低,极化电阻减小,腐蚀电流增大,耐腐蚀性能下降,其中Ti-6Al-4V耐腐蚀性能下降的最为明显,研究结果为油气开发工况下钛合金石油管的选材和缝隙腐蚀问题防治提供理论基础。     

一种亚稳型β钛合金在高应变率下的多种变形机制

以二元Ti-16V合金为研究对象,采用霍普金森压杆装置、光学显微镜、电子背散射衍射技术以及透射电子显微镜,分别测量并分析了高应变率下Ti-16V合金的动态力学性能、微观组织演变以及塑性变形机制。得出如下结论:Ti-16V合金的流变抗力与应变硬化速率对应变率不敏感;Ti-16V合金的临界失稳应变率约为3000 s~(-1);{332}113型孪生与应力诱发ω相变为Ti-16V合金高应变率下的主导塑性变形机制;通过本研究构建的孪生Schmid因子计算模型,定量核算与模拟{332}113型孪生的Schmid因子,结合实验结果表明Schmid因子是决定晶粒是否发生孪生的重要参数。     

不同组织状态TC4 ELI钛合金动态力学性能研究

利用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对低间隙Ti-6Al-4V(TC4 ELI)合金的等轴组织、双态组织和魏氏组织试样进行了动态压缩试验。应变率分别为ε=2000,3000,4000 s-1,得到了动态压缩真应力-应变(σ-ε)曲线,并对试验后发生剪切失效破坏的试样沿纵剖面切开,利用金相显微镜(OM)进行显微组织观察。结果表明:动态压缩条件下TC4 ELI合金3种组织试样的真应力-应变曲线大致分为弹性阶段和塑性阶段,没有明显的屈服平台,3种组织状态下的试样在高应变率下应变强化效应不明显,表现出一定的应变率强化效应;在4000 s-1应变率加载条件下,平均动态流变应力(σ)、均匀动态塑性应变(ε)以及冲击吸收功(E)按等轴组织、双态组织和魏氏组织顺序依次减小,等轴组织试样的σ,ε和E分别达到了1400 MPa,0.34%和470 kJ.m-3,具有较好的动态力学性能;在4000 s-1应变率加载条件下3种组织状态的试样均发生了剪切失效破坏,并在其纵剖面上都观察到了一条白亮的绝热剪切带(ASB),裂纹沿着绝热剪切带由圆柱试样的圆柱面向中心扩展,与ASB形成和扩展的方向一致,剪切带与导致断裂的裂纹密切相关。     

Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr钛合金动态性能与弹道行为（英文）

通过抗7.62 mm口径穿甲燃烧弹试验评估Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr(Ti-55531)合金抗弹行为,采用分离式霍普金森压杆试验(SHPB)研究合金动态性能。Ti-55531钛合金板通过2种热处理制度得到高强板和高韧板。SHPB试验结果表明:高强板在2200 s1应变速率加载条件下,最大冲击吸收功为270 MJ/m3;高韧板在4900 s1应变速率加载条件下,最大冲击吸收功为710 MJ/m3。8 mm厚高强板和高韧板的弹道极限速度分别为330 m/s和390 m/s。本实验条件下,Ti-55531合金良好的动态性能导致其具有优异的抗弹性能。通过不同侵彻速度下组织演化探讨了合金板的失效机制。     

用正交试验法优化VST55531钛合金的热处理工艺

采用正交试验法研究了固溶温度、冷却方式、时效温度、时效时间4因素对VST55531合金强度和塑性的影响.结果表明,冷却方式对合金的强度和塑性影响最大,时效温度次之.当固溶温度为820 ℃、冷却方式为空冷,时效温度和时效时间分别为580 ℃和4 h时,VST55531合金的Rm为1370 MPa,Rp0.2为1340 MPa,A为9.0%,Z为23.0%,该合金具有良好的强塑性.     

TB10钛合金筒体反挤压成形的有限元模拟

通过热模拟实验得到TB10钛合金的流动应力-应变曲线,应用DEFORM-3D软件建立材料模型.基于刚塑性有限元法,对TB10钛合金筒体反挤压过程进行数值模拟.分析了挤压过程的载荷-行程曲线,以及坯料内部的温度、速度、应力、应变等的分布,并对模拟过程中的误差来源做了分析.研究表明,在摩擦因子较小(m=0.1)的情况下,挤压载荷较为稳定,筒壁处金属流动速度均匀,但局部变形不均和应力集中可能在表面形成裂纹.     

热处理对Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si-X系合金性能的影响

研究了热处理对3种Ti-Al-Sn-zr-Mo-Si-X（X为ⅤB，ⅥB族一种或几种元素）系合金（A、B、C）室温拉伸性能的影响，对优化合金的热处理制度及优选热处理制度下3种合金的疲劳裂纹扩展行为也进行了探讨。结果表明，优选热处理制度下A、C合金的裂纹扩展速率差别不大，B合金560℃时效处理后，裂纹扩展速率比540℃时效处理的小。在相同热处理制度下，比较3种合金裂纹扩展速率的结果表明，IgΔK在1．2～1．5范围内B合金的抗疲劳裂纹扩展性能较优。     

热处理制度对Ti-22Al-27Nb合金显微组织和拉伸性能的影响

研究了不同热处理制度下Ti-22Al-27Nb(原子分数,%)合金的显微组织和拉伸性能.经过锻造的试样,直接进行短时时效,得到细小的网篮状组织,其室温和650℃时的拉伸性能都可以保持较高水平.长时时效后,O相比例增大,合金的强度增加,但塑性显著降低.合金在B2相区固溶后,经过水淬或空冷后进行低温时效,在初生的B2相上析出粗大且取向趋于一致的O相组织,合金的强度和塑性都较差.当合金在B2相区固溶随炉冷却后低温时效,将在初生的B2相上析出细小和取向不同的O和α2相,合金的强度能够保持到较高的水平,而塑性也明显增加.     

初生α相含量对TC4 ELI钛合金动态应力应变行为的影响

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对低间隙Ti-6Al-4V(TC4 ELI)钛合金中4种初生α相含量不同的等轴组织在不同应变速率(2 000、3 000和4 000 s 1)下进行动态压缩试验,通过动态压缩试验得到材料的动态真应力—应变(σ—ε)曲线,并利用金相显微镜(OM)等对试验后发生剪切失效破坏试样的端面进行观察分析。结果表明:随着初生α相含量的增加,TC4 ELI的平均动态流变应力、均匀动态塑性应变和冲击吸收功(E)的变化规律不明显,在4 000 s 1应变速率加载条件下,4组试样均发生剪切失效破坏,在失效试样的端面观察到几乎呈同心的圆弧形白亮绝热剪切带(ASB),部分剪切带发生分叉,裂纹在剪切带内形核、长大和聚合,最终导致试样断裂。     

Ti-3.0Al-3.7Cr-2.0Fe-0.1B钛合金的热压缩行为(英文)

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对低成本钛合金Ti-3.0Al-3.7Cr-2.0Fe-0.1B的热压缩行为进行研究。采用的应变速率分别为0.01、0.1、1.0和10s1,选用的温度分别为800、850、900和950°C,试样的变形量最大为70%。结果表明:峰值流变应力随着温度的增加和应变速率的降低而降低;根据Arrhenius公式获得该合金在本实验条件下的本构方程为ε=6.1×1012[sinh(0.0113044σ)]3.35×exp(-261719.8/RT),并得到了该合金的加工图。当应变速率大于等于1.0s1时,合金内发生动态再结晶现象,且应变速率越大动态再结晶现象越明显。