鋁合金管材表面亮線的本質(zhì)及其形成原因

近來,鉆井界的大位移井?dāng)?shù)量劇增,尤其在俄羅斯薩哈林1號項目施工中創(chuàng)造出了11282m的全球記錄。其他的超長大位移井包括英國wytchfarm油田的m-16井,總測量井深11278m(位移10728m);阿根廷的cn-1井,總測量井深11184m(位移10585m);北海的visund的一口井,總測量井深9082m,等等。鉆這些大位移井具有相當(dāng)?shù)碾y度和挑戰(zhàn)性,這已經(jīng)超出了常規(guī)鉆井技術(shù)的極限。最為嚴峻的挑戰(zhàn)是鉆柱質(zhì)量的增加,鉆柱質(zhì)量增加將導(dǎo)致摩阻增加相當(dāng)嚴重。在超長井眼中,隨著井深的增加,摩阻會迅速增大,此時如果不采取降摩或者減少鉆柱與井壁接觸面上的重力分力,鉆進就可能難以為繼。因此,減少鉆柱質(zhì)量對大位移井施工是非常有利的。增加水平井鉆進極限的辦法之一是用較輕的合金鉆桿代替常規(guī)鋼鉆桿(sdp)。這種鉆桿性能良好,優(yōu)勢顯著,最大的益處是可以減少水平井段的摩阻和扭矩,從而降低發(fā)生彎曲的可能性。鋁鉆桿(adp)具有鉆各類井的現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)歷,其最杰出的成就是1990年在kola創(chuàng)下的超深井世界記錄。該井由井下馬達和鉆柱通過復(fù)合鉆進方式完成,鉆柱主要由鋁鉆桿組成。該井的施工積累了大量的鋁鉆桿應(yīng)用經(jīng)驗,在后續(xù)相對簡單井的施工中得到了有效的應(yīng)用。事實上,至上世紀80年代鋁鉆桿的使用數(shù)量已經(jīng)占到前蘇聯(lián)當(dāng)時在用鉆桿的80%。

采礦鑿巖機的氣腿以前用鋼管制造，改用鋁合金管材針對鑿巖機帶來輕量化的效果，通過優(yōu)化合民分改進拉伸工具，完善生產(chǎn)工藝，最終生產(chǎn)出了滿足鑿巖機使用要求的風(fēng)動工具鋁合金管材。

采礦鑿巖機的氣腿以前用鋼管制造，改用鋁合金管材制造將對鑿巖機帶來輕量化的效果。通過優(yōu)化合金成分，改進拉伸工具，完善生產(chǎn)工藝，最終生產(chǎn)出了滿足鑿巖機使用要求的風(fēng)動工具鋁合金管材。

鋁合金管材的開發(fā)與應(yīng)用 一、在航空、航天工業(yè)中的應(yīng)用 鋁合金是飛機和航天器輕量化的首選材料，在航空、航天工業(yè)中 應(yīng)用非常廣泛。在航空航天工業(yè)中，鋁合金管材主要用作電纜保護套、 飛機副油箱的汽油及潤滑油的管路、各種拉桿及排氣筒等。例如，作 為電纜保護用套管，其合金主要為1035,8a06等，管材主要規(guī)格有： φ42mmx1mm、φ38mmx1mm、φ34mmx1mm、φ32mmx1mm等。 作為飛機副油箱的汽油及潤滑油路用高壓導(dǎo)管，其合金主要為5a02， 管材主要規(guī)格有：φ6mmx1mm、φ8mmx1mm、φ10mmx1mm、φ 10mmx1.5mm、φ12mmx1mm、φ12mmx1.5mm、φ14mmx1mm等。 作為拉桿、排氣筒用的管材，其合金主要為5a02,管材主要規(guī)格有: φ65mmx1.5mm、φ70mmx1mm、φ72mmx1mm、φ73mmx1.5

通過熱拉伸實驗研究5a02鋁合金管材在不同溫度下的力學(xué)性能。根據(jù)熱拉伸實驗結(jié)果進行管材熱態(tài)液壓脹形數(shù)值模擬,并進行初步的實驗研究。數(shù)值模擬結(jié)果和實驗結(jié)果表明,5a02鋁合金管材的成形性能隨著溫度的升高而得到明顯改善,理想成形溫度為200~230℃。對數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果之間的差別進行分析和討論。

：穿孔針粘鋁是造成鋁合金管材擠壓時產(chǎn)生內(nèi)表面擦傷缺陷的主要原因之一．利用掃描電鏡對擠壓過程中穿孔針與鋁的接觸面之間相互作用的行為進行了研究，分析了粘鋁的機制及其影響因素。

論述了我省鋁工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀,針對鋁合金管的潛在市場需求,提出了開發(fā)鋁合金管的應(yīng)用市場,開展鋁合金管的深加工,從而提高我省鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力。為構(gòu)筑鋁工業(yè)大省創(chuàng)造條件。

7a09鋁合金管材經(jīng)切削加工和陽極氧化后少數(shù)工件表面有“黑條”,影響用戶使用。對“黑條”處進行宏觀組織和顯微組織觀察及分析研究認為:“黑條”是由于管材的毛坯管錠表面的偏析瘤未車削凈,而擠入管材內(nèi)形成化合物富集區(qū),化合物富集區(qū)在陽極氧化時優(yōu)先反應(yīng)而形成的。

在獲得不同變形溫度和應(yīng)變速率下2519鋁合金的壓縮真應(yīng)力-應(yīng)變曲線的基礎(chǔ)上,采用deform-2d軟件對2519鋁合金管材的熱擠壓成形過程進行了數(shù)值模擬,獲得了在擠壓不同階段中變形材料的應(yīng)力、應(yīng)變和溫度場的分布及擠壓力的變化規(guī)律。結(jié)果表明:擠壓力模擬值與經(jīng)驗公式計算值相差約10%,模擬結(jié)果與計算結(jié)果較接近;生產(chǎn)中應(yīng)嚴格控制該合金的擠壓速率(<5mm.s-1),以防止產(chǎn)生過燒現(xiàn)象。

考察和分析了反向擠壓時金屬的流動特點,以及鑄塊表面質(zhì)量、尺寸精度對管材質(zhì)量的影響。對反向擠壓鋁合金管材用空心鑄塊外觀質(zhì)量提出了要求。

提出了計算穿孔針上單位壓力的方法,測定了3種鋁合金穿孔針單位壓力的修正系數(shù)。用此方法和系數(shù),修改了老壓機的工藝,消除了事故,提高了管材質(zhì)量,取得了經(jīng)濟效益。

本發(fā)明介紹了一種汽車用鋁合金管材，該材料有很好的變形加工性能和優(yōu)異的耐腐蝕性能。該材料適合制作汽車上連接加熱器和散熱器用的管、蒸發(fā)器、冷凝器和壓縮機等用管。

采用實驗和數(shù)值模擬研究5a02鋁合金薄壁管材充液壓彎成形過程中內(nèi)壓對缺陷的影響規(guī)律,分析內(nèi)壓對彎曲內(nèi)側(cè)起皺、截面畸變及壁厚分布的影響,獲得壁厚變化規(guī)律;通過數(shù)值模擬給出的應(yīng)力狀態(tài),揭示缺陷形成機制。結(jié)果表明:提高內(nèi)壓能降低軸向壓應(yīng)力的絕對值,減小失穩(wěn)起皺趨勢,當(dāng)內(nèi)壓超過一個臨界值時,皺紋完全消除。對于直徑為63mm、壁厚為1mm的5a02-o鋁合金管材,其內(nèi)壓臨界值為2.8mpa。充液有效地減小截面畸變程度,隨內(nèi)壓的增大,截面畸變程度逐漸減小。彎曲后,壁厚最大減薄點位于彎曲外側(cè)點,且隨內(nèi)壓的增大,軸向和環(huán)向拉應(yīng)力均呈增大趨勢,彎曲外側(cè)壁厚度減薄的趨勢也增大。

采用自行設(shè)計的連續(xù)流變擴展成形技術(shù)裝置對6201鋁合金管材的制備進行研究。結(jié)果表明:連續(xù)流變擴展成形可以制備質(zhì)量良好的6201鋁合金管材。制備d80mm的6201合金管材最佳藝工藝條件為:擠壓輪冷卻水流量為10~15l/min;澆注溫度為750~780℃;模具預(yù)熱溫度為500~560℃;擠壓輪轉(zhuǎn)速為15r/min。制品在線水淬固溶并在150℃時效10h后的抗拉強度為300mpa,伸長率為10.2%,等效導(dǎo)電率為47.4%iacs,抗拉強度比al-mg-si-cu鋁合金管母線提高15%,等效導(dǎo)電率提高3%。

采用deform有限元軟件研究了非致密大規(guī)格噴射沉積耐熱鋁合金管材擠壓制備的外徑為417mm、內(nèi)徑為340mm管材的變形過程,并模擬了擠壓過程中應(yīng)力場、應(yīng)變場、致密度以及擠壓力的變化情況。模擬結(jié)果表明:擠壓初期為壓實階段,擠壓力增加緩慢;隨著擠壓過程的不斷進行,從擠壓尾部到擠壓頭部,管坯的致密度呈階梯式增加,等效應(yīng)變、應(yīng)力和應(yīng)變速率的變化規(guī)律與致密度相類似;在擠壓變形區(qū)應(yīng)變、應(yīng)力和應(yīng)變速率變化劇烈;擠壓后的管材為致密材料,最大擠壓力為6.45×104kn,與實際擠壓過程中擠壓力和致密度相比較,計算機模擬結(jié)果與實驗結(jié)果基本相符。

對al-zn-mg-cu系超高強鋁合金采用zr細化組織處理后,研究了管材的組織和性能之間的關(guān)系,通過金相組織觀察和斷口掃描,分析了影響管材斷裂韌性kc值的主要因素。

通過對鋁合金管材渦流探傷狀態(tài)的標定試驗,經(jīng)肉眼檢查與渦流探傷對比,并對缺陷進行剖傷分析,給出如何選擇閾值控制缺陷當(dāng)量以滿足軍品質(zhì)量的要求。

對7075鋁合金管材擠壓成形進行了實驗研究。測試了管材擠壓成形時擠壓力變化規(guī)律和變形程度對擠壓后管材力學(xué)性能的影響規(guī)律。指出,7075鋁合金管材擠壓成形時必須嚴格控制坯料溫度、模具預(yù)熱溫度、潤滑方式、擠壓速度、擠壓比等工藝參數(shù)。

研究了合金元素,特別是錳元素含量對5056鋁合金管材熱擠壓性能的影響。結(jié)果表明,與5083、5a05、5b05、5a06等其它高鎂鋁合金相比,由于5056合金中的錳元素的含量少,其主要相組成物中沒有能夠明顯降低合金塑性的硬脆相物質(zhì)(femn)al6相;不會因為錳元素向穿孔針表面層擴散而促進穿孔針粘鋁。故其熱擠壓性能良好,擠壓速度快,穿孔針粘鋁少,擠出管材的表面質(zhì)量好,不易出現(xiàn)擠不動的“悶車”現(xiàn)象。

采用彈塑性有限元法模擬研究鋁合金管材由圓截面拉拔變成矩形截面的變形機理,建立了空拉拔工藝簡化的三維運動模型及彈塑性有限元模擬模型,實現(xiàn)了空拉拔模擬。通過一系列仿真得出了模孔半角對拉拔載荷的影響規(guī)律,進而得到了半角的合適取值;得出了失穩(wěn)狀態(tài)下切向應(yīng)力沿著管坯周向分布的規(guī)律,并將?？锥◤綆?yōu)化設(shè)計為中拱角度178°,有效消除了失穩(wěn)現(xiàn)象;最后得到了拉拔過程中的接觸邊界分布和接觸應(yīng)力分布規(guī)律。采用修正后的模具拉拔出的矩形截面鋁合金管材尺寸合格、表面光亮。

鋁合金管資料

第25卷第7期中國有色金屬學(xué)報2015年7月 volume25number7thechinesejournalofnonferrousmetalsjuly2015 文章編號：1004-0609(2015)-07-1790-08 內(nèi)外壓復(fù)合作用下 5a02鋁合金管材的硬化行為 崔曉磊1，王小松1,2，苑世劍1,2 (1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)金屬精密熱加工國家級重點實驗室，哈爾濱150001； 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱150001) 摘要：為了研究管材在內(nèi)外壓復(fù)合作用下的硬化行為，在中間自由脹形區(qū)為橢圓形輪廓線的假設(shè)條件下，理論 推導(dǎo)得到內(nèi)外壓復(fù)合作用下管材的應(yīng)力/應(yīng)變分析模型；再利用薄壁5a02-o鋁合金管材在研制的內(nèi)外壓復(fù)合成形 實驗裝置上進行外壓為85mpa(1.0σs)的實驗研究，得到5a02鋁