TC4钛合金表面冲蚀损伤机理的砂尘粒径依赖效应

在自主搭建气流喷射式冲蚀试验平台上,采用不同粒径的石英砂,对TC4钛合金进行冲蚀试验;利用电子天平、扫描电子显微镜和X-射线应力仪对试件表面冲蚀质量损失率、冲蚀区微观形貌及应力进行检测与分析。结果表明,TC4钛合金表面的冲蚀损伤机理显著依赖于砂尘粒径,并在400μm处发生机理转变。砂尘粒径小于400μm时,TC4钛合金表面冲蚀质量损失率小于0.4 mg/g,其表面损伤形式以犁削、切削、铲削以及点坑等塑性损伤为主;砂尘粒径大于400μm时,TC4钛合金表面在高应变率条件下发生表观韧脆转变,质量损失率突增至0.8 mg/g以上,损伤形式以解理破坏、脆性剥落为主。基于解理断裂的双判据模型,解释了砂尘粒径高于400μm时TC4钛合金表面发生的脆性剥落现象。     

储气库Y型井口携砂采气临界冲蚀模拟研究

目的 研究储气库携砂采气过程中储气库生产通道冲蚀磨损的主要影响因素及规律。方法 在辽河油田双6储气库注采井管柱结构和生产工况条件下,开展室内冲蚀模拟实验和生产通道冲蚀数值模拟研究,通过数值分析,明确采气速度、生产压力、出砂速率、出砂粒径对管柱冲蚀速率的影响规律。结合临界冲蚀理论计算结果,设计适用于出砂工况条件下储气库生产通道临界冲蚀系数取值的图版。结果 出砂速度、采气速度、生产压力在管柱冲蚀中起着主要作用,实验数据与预测结果的一致性较高,管柱最大冲蚀速率与日产气量的二次幂、井筒内压力的负二次幂、出砂速率的一次幂成正比。此外,管柱变径部位的冲蚀速率随着服役时间的延长呈下降趋势,最终与管壁的冲蚀速率基本保持在相同数量级。根据构建的临界冲蚀系数取值图版,在当前储气库出砂工况条件下,为了保证储气库满足服役年限,将临界冲蚀系数(C)取值为180,进一步考虑到储气库的最大产能情况,推荐C介于175~200之间。结论 通过储气库管柱冲蚀的实验模拟和数值模拟研究,建立了储气库注采井管柱的冲蚀速率模型,构建了储气库注采管柱临界冲蚀系数设计图版,有利于工程技术人员准确判断实时生产工况条件下储气库注采管柱的生产工况负荷、服役安全工况条件等,可以提供关键的实时性、安全性基础数据。     

固体颗粒对T型盲管弯头结构冲蚀的数值模拟

利用欧拉-拉格朗日方法对T型盲管弯头中气固两相流对管壁的冲蚀程度进行三维数值模拟.通过数值模拟分析得到T型盲管弯头中流场分布情况和不同盲管长度时的最大冲蚀速率.结果表明:气体流场在T型盲管弯头后半部分可以形成气体旋涡和气垫,在一定程度上有助于降低固体颗粒对管壁的冲蚀速率.冲蚀速率随着盲管长度增加而减小;但在盲管长度为6...     

不同冲蚀角度对ZTA结构陶瓷冲蚀磨损性能的影响

以冲蚀磨损工况典型应用材料Cr15Mo3高铬铸铁为对比材料,研究了不同冲蚀角度(0°,30°,45°,60°和90°)对氧化锆增韧氧化铝(ZTA)抗冲蚀磨损性能的影响,分析了试验材料冲蚀磨损微观失效机制.结果表明相同冲蚀角度条件下,ZTA陶瓷的抗冲蚀性能约是Cr15Mo3的6倍～8倍;冲蚀角度对试验材料冲蚀磨损体积损失的影响规律是一条类似"N"形曲线,2个拐点分别处于45°和60°,90°冲蚀角度时试验材料的冲蚀磨损体积损失最大;微观失效形貌分析表明,随着冲蚀角度的增大,因冲击引起的对材料表面损伤作用增加,水平方向的切削磨损作用减小;冲蚀角度为45°时,由于材料表面受到一定的切削破坏和冲击磨损共同促进作用,致使试验材料冲蚀磨损体积损失达到极大值,Cr15Mo3材料的基体出现许多微裂纹和碳化物剥落,因裂纹扩展导致出现长裂纹,ZTA陶瓷由于大量的晶界粘界相流失,也造成晶体颗粒脱落.冲蚀角度为90°时,垂直冲击对材料失效起主要作用,因而2种材料的冲蚀磨损失效最严重.     

硅对球墨铸铁冲蚀腐蚀磨损耐磨性的影响

研究不同含硅量的球墨铸铁分别以90°和45°冲击角度在酸性、中性和碱性石英砂介质中的冲蚀腐蚀磨损特性.结果表明:球墨铸铁的冲蚀腐蚀磨损耐磨性随含硅量和冲击角度的增加而增加,在介质pH值为7时最高.球墨铸铁冲蚀腐蚀磨损机理的研究表明,在酸性介质中是粒子显微切削和腐蚀共同作用为主,而在中性和碱性介质中是以粒子显微切削为主,腐蚀的作用较弱.     

浆体含砂量和砂粒径对环氧粉末涂层冲蚀规律的影响

利用旋转圆盘式冲刷腐蚀实验机，研究了环氧粉末涂层的冲蚀率与流速之间的变化规律以及 含砂量、砂粒径对速度指数的影响.结果表明：在不同的含砂量和砂粒径条件下，冲蚀率与 流速间均服从幂函数规律，即E=KVn.随含砂量增大，速度指数减小，最后趋于一稳 定值；随粒径的增大，速度指数先减小而后增大，存在一极小值.涂层的冲蚀是塑性变形和 微切削共同作用，但以塑性变形为主.     

20钢在低冲击速度范围内高温冲蚀磨损的规律

通过自行设计制造的高温冲蚀磨损强化模拟试验装置，对20钢进行低冲击粒子速度范围内高温冲蚀磨损规律研究。结果表明：在高温冲蚀条件下，20钢在20°攻角时冲蚀率最大；影响冲蚀率的气流速度指数为2．34；随气流温度升高，20钢冲蚀率增大；磨粒输送量增加，20钢的冲蚀率是线性增加．     

对气力输送系统中弯头曲率半径的探讨

铸造车间用气力输送系统中弯头的曲率半径对弯头压力损失的影响进行了探讨,经实际研究认为弯头横截面直径d(内径)与弯头弯曲的曲率半径R之比为0.2左右时比较实用,并将结果在实际输送系统中得到了验证.     

加砂压裂过程中套管孔眼抗冲蚀性能分析

目的 研究加砂压裂过程中,压裂液排量和含砂比对套管射孔孔眼冲蚀的影响规律。方法 运用CFD数值模拟方法,针对射孔套管内流场、流迹特性和颗粒轨迹开展模拟分析,并使用E/CRC和Oka冲蚀模型模拟了压裂施工排量为5～15 m³/min、压裂液含砂比为8%～23%工况下套管射孔孔眼及附近的冲蚀情况,总结其影响规律。结果 随着排量的增加,孔眼处流速激增,压降达到5.5 MPa,但在管底形成一定憋压。E/CRC冲蚀模型考虑了颗粒数量的影响,相比于Oka冲蚀模型更适合于压裂过程中套管孔眼系统冲蚀的实际情况,在孔眼处上部流量进口方向的冲蚀速度明显大于下部管道方向,且冲蚀程度向四周逐渐减小,E/CRC模型的最大冲蚀速率由2.14×10^-8 kg/（m²·s）上升至5.85×10^-8 kg/（m²·s）。随着压裂液含砂比的上升,E/CRC模型在孔眼处的最大冲蚀速率由2.21×10^-8 kg/（m²·s）上升至95.6×10^-8 k...     

高压压裂液对JY-50压裂弯管冲蚀行为影响的数值模拟

目的研究在水力压裂作业中,高压压裂液对JY-50压裂弯管冲蚀磨损的影响规律及其主要影响因素。方法基于液-固两相流理论、FLUENT冲蚀模型,为消除误差,应用FLUENT3次重复性分析并取平均值,得到支撑剂密度、粒径、质量浓度、压裂液流速的变化对弯管冲蚀行为的影响。结果压裂弯管的易冲蚀区域为弯管段靠近出口的内壁面外侧区域和接近弯管出口的直管区域。随着支撑剂密度和粒径的增大,最大冲蚀速率均增大,支撑剂密度从2500 kg/m3增大到3500 kg/m3时,最大冲蚀速率增长了0.69倍,粒径从0.074 mm增大到0.54 mm时,最大冲蚀速率增长了1.45倍,但二者对平均冲蚀速率数值影响变化不大。支撑剂质量浓度的增大,导致冲蚀速率呈近似线性增大,从40 kg/m3增大到210 kg/m3时,最大冲蚀速率增长了2.3倍,平均冲蚀速率增长了1.526倍。流速从5 m/s增大到25 m/s时,最大冲蚀速率平均增长了34.30倍,平均冲蚀速率也增长了34.85倍。结论对JY-50压裂弯管冲蚀行为及影响进行了数值模拟,获得了压裂液的参数变化对压裂弯管的冲蚀影响规律,综合最大冲蚀速率和平均冲蚀速率数值及其增长倍数分析,压裂液流速是冲蚀速率增长的主要因素,对弯管冲蚀磨损影响显著。     

水平弯管含砂分散泡状流冲蚀机理分析

目的揭示水平弯管含砂分散泡状流的冲蚀机理。方法构建气液固多相流冲蚀实验环道,研究管道内流体流动状态及管道三维冲蚀速率。采用显微分析方法研究管道冲蚀形貌,并提出基于VOF模型和DPM模型耦合的瞬态冲蚀仿真方法。实验与仿真相结合分析管道内部气液分布、颗粒运动对冲蚀形貌的影响。结果弯管冲蚀最严重区域出现在弯头出口处(θ=90?),而冲蚀最严重位置则出现在该截面φ=45?以及φ=90?两个位置上。仿真可知整个弯管冲蚀严重的区域边界呈现出较为均匀的抛物线形状。砂粒对弯管的冲蚀作用主要以冲击变形和微切削摩擦为主,砂粒的直接冲击碰撞导致试样表面产生密集冲蚀坑,冲蚀坑周围有基体材料外翻形成的"唇片"。分散泡状流中的固体颗粒大部分分散在液相中,弯头处滞止区使得弯头处截面的含液率及颗粒含量大于上下游直管段截面。气体的存在改变了砂粒在管道中的运动状态,大大加剧了弯管的冲蚀。结论水平弯管含砂分散泡状流冲蚀严重区域、冲蚀形貌与管道内部气液分布及砂粒运动直接相关,多相流冲蚀瞬态仿真方法可准确地预测管道冲蚀。     

高速固体颗粒冲击下30CrMo钢的冲蚀机理测试研究

目的 随着中国西北部地区油气勘探开发难度不断增加,钻井井控装置的节流管汇面临日益严重的高速颗粒冲蚀磨损问题,为有效支撑节流管汇的冲蚀预测、结构优化以及防冲蚀措施制定等工作的开展。方法 依据标准ASTM-G76,采用气-固喷嘴冲蚀试验法,使用空气射流冲蚀试验机,开展了节流管汇材料30CrMo钢的冲蚀试验,并利用三维显微镜、扫描电镜（SEM）等设备,对试验结果进行了失重分析、三维轮廓分析和微观形貌分析。结果 冲蚀速率随冲击角（15°～90°）增加而减小,随颗粒冲击速度（107～149 m/s）增加而增大;冲蚀面积随冲击角增加而减小,几乎不随颗粒冲击速度变化;冲蚀深度随冲击角增加而先增大后减小（在60°冲击角附近最大）,随颗粒冲击速度增加而增大;30CrMo钢的冲蚀机制受冲击角影响,不受颗粒冲击速度影响;在低冲击角（15°、30°）下以犁削机制为主,在中等冲击角（45°）下以犁削、压实与开裂的混合机制为主,在高冲击角（60°、90°）下则以压实与开裂机制为主。结论 高速固体颗粒冲击下30CrMo钢的材料移除过程为典型的塑性材料冲蚀行为;冲击角通过冲蚀机制影响冲蚀速率,颗粒冲击速度通过颗粒冲击...     

离子渗氮38CrMoAl钢的腐蚀冲刷磨损行为

研究了３８ＣｒＭｏＡｌ钢调质与离子渗氮试样在海水和砂粒（尺寸１００～１０００μｍ）以不同速度（１４,２４,３６,５和７ｍ／ｓ）冲击作用的腐蚀冲刷磨损行为。研究结果表明,调质试样的平均磨损速率随冲刷速度的增加发生明显变化,腐蚀冲刷磨损严重;离子渗氮试样的平均磨损速率随冲刷速度变化很小,腐蚀冲刷磨损轻微。这表明坚硬的氮化物具有优良的抗腐蚀冲刷磨损能力     

金属波纹管内表面镀层冲蚀性能

目的 在明渠条件下分析挟沙水流对金属波纹管内表面镀层的冲蚀情况,明确冲蚀的机理及特征。方法 采用自主搭建的循环试验水槽平台对金属波纹管涵进行挟沙水流的冲蚀试验。将波纹管设计为A、B、C管段,根据水的流速变化,选取各管段波纹截面及测点。根据不同粒径区间,在0.12、0.24、0.47 mm工况下,冲蚀时间达到200、400、600 h时分别测量各测点,得到内表面镀层在不同工况、不同位置的冲蚀量。结果 采用扫描电镜观察0.47mm工况下B2波纹段的冲蚀形貌,结果表明,波峰和迎水面位置的冲蚀坑紧密分布,镀层的冲蚀现象最为严重。在1个波纹周期内,沿着水流方向,波峰位置的冲蚀量相对最大,且迎水面镀层的冲蚀量比对称位置背水面的冲蚀量大;在垂直于水流方向的横断面上,中轴线位置的冲蚀量相对最大,两侧逐渐减小。在同等条件下,沙粒粒径为0.47 mm工况下的冲蚀率相对最大,其中T₀断面处的最大冲蚀速率达到了6.31μm/100 h。结论 波纹管内表面镀层因颗粒冲蚀,镀层减薄,直至消失,进而导致波纹管的失效速率加快。波峰位置的冲蚀速率相对最大,以波峰为对称轴,迎水面的冲蚀速率大于对应位...     

液固两相介质流中Cu-Cr-Zr合金的冲蚀磨损行为

利用MCF-30冲蚀磨损实验机,对固溶态及随后经过不同形变热处理的Cu-Cr-Zr合金进行液固两相流冲蚀磨损实验,并运用扫描电镜对其微观形貌进行观察与分析。结果表明：在两种不同介质冲蚀磨损实验中,固溶态合金冲蚀磨损质量损失最大,且随形变时效后加工变形程度的增大,冲蚀磨损质量损失呈先逐渐下降然后上升的变化趋势;添加少量石英砂（10 g/L）后,合金冲蚀磨损质量损失约增加19%-35%;铜合金线材二次加工变形率在50%-80%之间时,具有良好的抗冲蚀磨损性能。     

16Mn管线钢的焊缝表面冲蚀机理研究

目的在管道工程中,16Mn管线钢异径接头-管体焊缝(简称焊缝)表面冲蚀行为是引发失效的主要原因之一,通过研究焊缝余高和管体流体作用,以此来探究焊缝表面冲蚀机理。方法以16Mn管线钢为研究对象,针对焊缝区表面冲蚀行为开展基础研究,通过电化学和腐蚀模拟实验,研究了流体初期焊缝区表面腐蚀行为,并通过流体模拟实验,研究了焊缝余高和流体速度对焊缝区冲蚀过程的影响,揭示了管线钢焊缝的冲蚀机理。结果在腐蚀模拟实验中,焊缝、接头母体和管体的开路电位分别为-0.717、-0.686、-0.687 V,焊缝区发生电化学腐蚀的倾向在模拟腐蚀液中最严重,焊缝的自腐蚀电流密度为7.9μA/cm^2,母材的自腐蚀电流密度为3.2μA/cm^2,焊缝的电化学腐蚀倾向性更大,焊缝区金属腐蚀速率最大,在焊缝表面形成了疏松的FeO产物层。在流体模拟实验中,流体在焊缝余高作用下形成了湍流,流速的增加也提高了湍动能,流速为15 m/s和30 m/s时,焊缝凹槽的深度分别为3 mm和8 mm,焊缝凹槽相差5 mm。湍动能在焊缝余高的FeO腐蚀产物表面产生了变形磨损和切削效应,使得焊缝表面疏松的FeO产物层脱落,加速了腐蚀过程,最终形成了冲蚀凹陷区。结论16Mn管线钢焊缝的冲蚀行为是腐蚀和流体冲蚀共同作用的结果,可分为初期的腐蚀和流体冲蚀两个阶段,形成了腐蚀与冲蚀循环交替过程。焊缝余高和流体速度对冲蚀影响较大,内焊缝余高和流体速度的增加将导致余高处的湍动能急剧增加,加速焊缝金属腐蚀产物层剥离,导致焊缝表面冲蚀。研究结果可以为管道失效行为和安全服役设计提供理论基础。     

油水砂多相流中固体颗粒对弯管及T型堵头管的冲蚀

采用计算流体动力学方法在欧拉坐标系下求解连续相运动方程,在拉格朗日坐标系下求解离散相颗粒轨道方程,并利用冲蚀方程研究了管内油、水、砂多相流中固体颗粒运动与管道冲蚀的相互关系,预测最大冲蚀发生位置。结果表明:弯管冲蚀最严重处位于下游直管段与弯头连接处外侧,T型堵头管冲蚀最严重处位于上下游直管段交接处内侧,T型堵头管的最大冲蚀速率远大于弯管的;T型堵头管中存在明显的颗粒相互碰撞区域以及颗粒滞留区域,在颗粒相互碰撞区域颗粒对管壁的碰撞能降低,在颗粒滞留区域颗粒的滞留减少了新来颗粒对堵头的碰撞,这两个区域都从一定程度上减小了颗粒对管道的冲蚀作用。     

Superior Slurry Erosion Behavior of a Casting NiCoCrFeNb_(0.45) Eutectic High Entropy Alloy

The flow passage components in hydraulic machinery will be eroded rapidly when running in sand water.The wear resistance of materials commonly used in hydraulic machinery needs to be improved to prevent the failure of hydraulic machinery.New wear-resistant materials are urgently needed to improve the service life of hydraulic machinery.Eutectic high entropy alloy(EHEA) is a new kind of alloys with in situ lamellar structure.NiCoCrFeNb_(0.45) EHEA has combined excellent strength and toughness.In this study,slurry erosion tests of NiCoCrFeNb_(0.45) EHEA were carried out with different impact angles and impact velocities using a rotary jet erosion test apparatus.The NiCoCrFeNb_(0.45)EHEA exhibited significant slurry erosion resistance compared with medium carbon steel 1045 and stainless steel 04 Cr13 Ni5 Mo.The erosion rate of EHEA is much slower.Compared with medium carbon steel and stainless steel,the erosion of EHEA is completed via the accumulation and removal of platelets after plowing and work hardening,accompanied by partial micro-cutting.     

等离子喷涂WC-12Co涂层抗冲刷磨损行为

目的探索WC-12Co复合涂层抗冲刷磨损的能力。方法采用大气等离子喷涂(APS)方法在Q235钢基体上制备WC-12Co复合涂层。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS),对涂层微观形貌和相组成及成分进行分析。采用维氏显微硬度计表征了涂层的力学性能。采用自制的干砂型常温冲刷磨损试验机对涂层进行冲刷磨损实验。结果所制备的涂层主要由WC以及少量的W2C、Co3W3C和Co6W6C相组成。涂层以机械结合方式为主,同时伴有微冶金结合。截面显微硬度高于粘结层,其截面平均显微硬度为1169HV0.05。WC-12Co涂层厚度为300μm,粘结层厚度为50μm。在冲刷角为60°时涂层失重率最大,为0.4788 mg/g;在30°时涂层失重率最小,为0.3696 mg/g。结论在小角度30°冲刷时,具有较好的抗塑性冲刷磨损能力;在冲刷角为60°时出现最大的冲刷失重率,抗冲刷磨损效果较差;在大角度90°时,有一定的抗脆性冲刷磨损性能。