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瓦斯抽采钻井挤压变形破坏分析

煤炭技术 2011年第1期30卷 109-112页

作者：肖存明李嘉豪江西萍乡市巨源煤矿江西萍乡337000 江西工业工程职业技术学院江西萍乡337055

作为一种有效解决回采工作面和采空区瓦斯超限难题的瓦斯治理方式,地面瓦斯抽采正在全国各大矿区逐步推广。但受煤层回采的影响,当回采工作面推过地面钻井位置后钻井套管迅速发生破坏,无法充分发挥其抽采采空区瓦斯的作用。这与地面抽... 详细信息

作为一种有效解决回采工作面和采空区瓦斯超限难题的瓦斯治理方式,地面瓦斯抽采正在全国各大矿区逐步推广。但受煤层回采的影响,当回采工作面推过地面钻井位置后钻井套管迅速发生破坏,无法充分发挥其抽采采空区瓦斯的作用。这与地面抽采钻井套管受到的非均布挤压效应是密不可分的,因此,建立了基于采场上覆岩层挤压变形效应的地面钻井挤压变形破坏模型,为地面抽采钻井布孔位置的选择和防护提供工程指导,同时,运用3DEC离散元数值模拟程序对模型进行了模拟验证。结果证明,模型描述的规律性是可靠的,具有较强的工程指导意义。

关键词：瓦斯抽采地面钻井挤压变形

千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制研究

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煤炭工程 2012年第11期44卷 72-74页

作者：田梅青黄兴宿迁学院江苏宿迁223800 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

为了研究千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制对策,以淮南朱集煤矿-906m东翼轨道大巷为依托工程开展研究,该巷道为典型的千米深部高地应力软岩巷道,开挖后围岩产生强烈的挤压变形。通过现场地应力测试获取地应力值和室内岩石力学试... 详细信息

为了研究千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制对策,以淮南朱集煤矿-906m东翼轨道大巷为依托工程开展研究,该巷道为典型的千米深部高地应力软岩巷道,开挖后围岩产生强烈的挤压变形。通过现场地应力测试获取地应力值和室内岩石力学试验获取围岩力学参数,根据Hoek挤压变形等级曲线判断出该巷道变形为非常严重的挤压变形;通过Phase2有限元数值仿真软件计算分析了围岩变形破坏情况,结果表明:围岩变形破坏严重,拱顶位移和底鼓量大,与现场情况基本一致。针对该巷道的挤压变形特点制定了相应的支护方案,通过现场监测和有限元数值软件计算分析验证、评价了该支护体系的强度,结果表明:所提出的支护方案取得了良好的效果,能够有效地控制围岩挤压变形。

关键词：千米深井软岩挤压变形支护

Mg-Mn-RE系合金热处理及挤压变形后显微组织和力学性能研究

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Mg-Mn-RE系合金热处理及挤压变形后显微组织和力学性能研究

作者：隋美长春工业大学

学位级别：硕士

镁合金的比重小,是当前质量最轻的金属结构材料。此外,镁合金还具有很多优点,人们通常了解的为“三好、两高”,即阻尼性能好、切削加工效果好、导热能力好;比强度高、比刚度高。但镁合金也有缺点：即其室温和高温的强度低,因此,人们为... 详细信息

镁合金的比重小,是当前质量最轻的金属结构材料。此外,镁合金还具有很多优点,人们通常了解的为“三好、两高”,即阻尼性能好、切削加工效果好、导热能力好;比强度高、比刚度高。但镁合金也有缺点：即其室温和高温的强度低,因此,人们为了更好的研究镁合金必须解决这一不足。为此,人们研究了能使镁合金性能有所提高的新型镁合金,特别是最近几年更加广泛研究的稀土镁合金,常用少量多元合金化的原则来获得新的合金,但是人们对这些合金的基本属性在很多层面都不了解,目前可能提供的基本信息也不全面。为此,本课题就是以Mg-Mn二元合金作为基合金,采用微合金化(加入Y、Ce、Gd、Er等)熔炼设计了5种合金,分别对所设计的合金采用不同的工艺过程对其进行处理,包括：热处理和挤压变形,并与常规铸造相应合金的显微组织和力学性能进行比较;探讨了Y、Ce含量的变化对Mg-Mn-RE系合金显微组织和力学性能的影响;研究了Mg-Mn-RE系合金可能实现的强化途径,为Mg-Mn-RE系合金的工程应用和高性能新合金的研制提供了实验依据。得出以下成果： (1)加入不同含量Y和Ce后的Mg-Mn-RE系铸态合金,形成新的化合物均为Mg12Ce和Mg24Y5,其在结晶过程中第一时间析出,会阻碍镁合金晶粒的长大以及晶界的滑移,从而细化合金显微组织,显著提高了合金的力学性能。同时,随着Y、Ce含量的增多,合金的细化程度越明显,合金的硬度越高;抗拉强度和延伸率也越强,但是屈服强度变化不大,合金的断裂形式也没有改变。 (2)对Mg-Mn-RE系铸态合金进行热处理,在520℃分别保温0.5h、1h、2h、3h和4h,然后空冷。发现热处理后合金的物相构成没有发生改变,但晶粒得到明显细化,硬度均高于相应的铸态合金。同时发现,在热处理过程中,合金的硬度都是随着保温时间的延长,呈现先升高后降低的趋势。 (3)对Mg-Mn-RE系铸态合金在400℃保温6h后,在380℃进行挤压变形。由于合金在热挤压变形工艺过程中,再结晶晶粒在高的挤压温度和变形量的条件下很容易形成,导致了Mg-Mn-RE系挤压合金达到很好的细化作用,硬度均高于相同成分的铸态合金。 (4)对Mg-Mn-0.5Y-0.5Ce铸态和挤压态合金进行室温拉伸性能测定,对比分析两种状态下合金拉伸性能的变化。拉伸速率分别为0.5mm·min-1、2.0mm·min-1、6.0mm·min-1结果表明：当拉伸速率由0.5mm·min-1增加到6.0mm·min-1时,Mg-Mn-0.5Y-0.5Ce铸态和挤压态合金的抗拉强度达到最低,分别为137.25MPa和194.63MPa;屈服强度最低,分别为104.70MPa和178.16MPa;伸长率也是最低,分别为2.30%和7.64%。可见,随着拉伸速率的增加,合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率都降低了。

关键词： Mg-Mn-RE系合金热处理挤压变形显微组织力学性能

RE、Sb对AZ31镁合金热挤压变形行为的影响

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RE、Sb对AZ31镁合金热挤压变形行为的影响

作者：马庆波郑州大学

学位级别：硕士

镁合金作为一种轻质工程材料，具有比重轻、比强度和比刚度高，良好的电磁屏蔽能力和易于再生利用等一系列优点，被认为是21世纪最具发展潜力的材料。但由于镁合金为密排六方结构，滑移系少，塑性变形能力差、生产效率低，很大程度上制... 详细信息

镁合金作为一种轻质工程材料，具有比重轻、比强度和比刚度高，良好的电磁屏蔽能力和易于再生利用等一系列优点，被认为是21世纪最具发展潜力的材料。但由于镁合金为密排六方结构，滑移系少，塑性变形能力差、生产效率低，很大程度上制约了变形镁合金的发展和应用。前期研究表明，在AZ31镁合金中添加质量分数为1％RE和1％Sb，可有效改善合金铸态组织，提高其力学性能。本文采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及能谱(EDS)等分析手段，通过热模拟、合金挤压加工和力学性能测试，较系统地研究了RE和Sb对AZ31镁合金塑性变形能力以及挤压材组织性能的影响，并分析了其对合金热变形特性的影响机理。借助Gleeble-1500D型热模拟试验机，研究了RE和Sb对AZ31镁合金热压缩变形行为的影响。结果表明：质量分数为1％RE和1％Sb的添加，可显著增大AZ31镁合金的变形抗力，并有效促进合金热变形过程中的动态再结晶。挤压实验表明，随挤压温度升高，变形过程中动态再结晶程度增加，再结晶晶粒尺寸增大;随挤压比的增大，再结晶程度提高且晶粒明显细化。挤压温度为380℃，挤压比为17.4条件下挤压变形后，AZ31镁合金挤压材组织为原始晶粒和再结晶晶粒的混合组织，再结晶不完全;添加1％RE或复合加入1％RE和1％Sb后，动态再结晶程度增大，且再结晶晶粒细化，合金中的稀土相颗粒呈链状分布。 AZ31合金中加入1％RE后，挤压态合金抗拉提高了5.5％，延伸率和冲击韧性分别提高2.2％和5％。同时加入1％RE和1％Sb后，挤压材的力学性能最好，抗拉强度、延伸率和冲击韧性与AZ31相比分别提高了7.7％、11.1％和17.5％。断口形貌分析表明，在AZ31合金中加入1％RE和1％Sb后，挤压态合金的拉伸断口韧窝变细，韧窝数量明显增多且深度增加，韧窝之间有撕裂棱存在，表现出明显的韧性断裂特征。 AZ31-1％RE铸态合金组织中Al-RE相呈长针状沿晶界分布，挤压变形后稀土相破碎成多边形状，呈链状沿挤压方向集中分布在原针状相附近，受到外力时引起应力集中，对合金的塑韧性不利;AZ31-1％RE-1％Sb合金中，挤压前稀土相呈棒状或圆球状，分布在晶界附近和基体内，挤压后的稀土相破碎分布更加均匀和弥散，减小了挤压过程中的应力集中，提高了合金的塑性变形能力。 AZ31合金在挤压温度为380℃时的最大挤压速度为2.3m／min，挤压温度提高至420℃，棒材表面质量下降，出现明显的热烧损现象;添加1％RE和1％Sb后，可提高挤压温度到420℃，产品表面未出现横向裂纹和热烧损，最大挤压速度达3.8m／min。即适量RE和Sb的添加可有效提高AZ31镁合金的挤压速度，进而提高其挤压生产效率。

关键词： AZ31 RE Sb 热模拟挤压变形组织性能变形能力

MgSnMn与MgSnZnMn合金先时效后挤压变形的工艺研究

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MgSnMn与MgSnZnMn合金先时效后挤压变形的工艺研究

作者：杜莉哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

镁及镁合金由于其独特的机械和力学性能,良好的生物相容性、可吸收降解性而被誉为二十一世纪的“绿色”材料,进而在临床医学的心脑血管、口腔、骨科、外科等领域有着巨大的应用前景,其力学性能上的不足是限制医用镁合金广泛应用的原因... 详细信息

镁及镁合金由于其独特的机械和力学性能,良好的生物相容性、可吸收降解性而被誉为二十一世纪的“绿色”材料,进而在临床医学的心脑血管、口腔、骨科、外科等领域有着巨大的应用前景,其力学性能上的不足是限制医用镁合金广泛应用的原因之一。目前,工程上提高镁合金性能主要依靠合金化强化、热处理强化、变形强化等方式。本文通过熔炼浇铸制备了 Mg-3Sn-0.5Mn和Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn两种医用镁合金,选择160℃、180℃、200℃和240℃四个时效温度对以上两种合金进行时效处理。通过观察显微组织演变过程及测试不同时效时间点的显微硬度,分析了不同时效工艺下两种合金中第二相析出的动力学演变特征,进而获得了最佳时效强化组织的时效工艺参数。将固溶态与经不同时效工艺处理的Mg-3Sn-0.5Mn三元和Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn四元镁合金分别进行不同温度、不同变形量的挤压变形处理,获得直径分别为1Omm及20mm的棒材。利用光学显微镜、扫描电镜观察及拉伸试验测试等方法对不同挤压工艺下合金的显微组织和力学性能进行表征,系统研究了时效强化对两种合金挤压变形性能的影响。研究结果表明:对于Mg-3Sn-0.5Mn和Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn两种合金,时效温度为160℃时,第二相析出的缓慢而细小且呈弥散分布,即使过时效后析出相的长大聚集现象仍不明显,时效前后合金的晶粒尺寸、形态并无明显变化;相比于固溶态和其他3种时效温度来说,经160℃时效强化处理的合金,其综合性能最优。对固溶态及160℃不同时效时间处理后的Mg-3Sn-0.5Mn、Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn合金进行相同挤压工艺下(挤压温度:300℃,挤压比:16)的变形处理,对比拉伸试验结果发现,两种合金分别经160℃时效552h和160℃时效624h后挤压合金的力学性能最好,其抗拉强度分别为264.8 MPa和275.7 MPa,挤压态合金的晶粒尺寸细小且相对均匀。结果说明经过160℃时效处理,不但可通过第二相析出实现时效强化,同时显著提高Mg-3Sn-0.5Mn和Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn两种合金的挤压性能。Mg-3Sn-0.5Mn 和 Mg-3Sn-1Zn-0.5Mn 合金分别 160℃时效 552h 和 160℃时效 624h后,研究经不同挤压工艺(挤压温度300℃、350℃,挤压比16、64)变形的组织和力学性能,结果显示两种合金均在挤压温度300℃、挤压比64的变形时,得到的晶粒和第二相尺寸较小而且均匀,抗拉强度分别达到271.9 MPa和283.3 MPa,即MgSnMn与MgSnZnMn合金在挤压温度300℃、挤压比64的挤压工艺下综合性能最佳。

关键词： MgSnMn 时效强化 Mg2Sn相挤压变形力学性能

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推进剂管理用金属膜片挤压变形有限元分析

推进剂管理用金属膜片挤压变形有限元分析

作者：王刚哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

推进剂金属膜片贮箱是空间飞行器上主要的驱动系统。工作时,在外部气压作用下金属膜片从边缘处开始翻转,挤压液体燃料将其排出,为外部装置提供驱动力。因此,金属膜片的翻转直接影响飞行器的使用寿命。由于金属膜片翻转试验代价太高,在... 详细信息

推进剂金属膜片贮箱是空间飞行器上主要的驱动系统。工作时,在外部气压作用下金属膜片从边缘处开始翻转,挤压液体燃料将其排出,为外部装置提供驱动力。因此,金属膜片的翻转直接影响飞行器的使用寿命。由于金属膜片翻转试验代价太高,在工程应用中不可能通过做大量实验来验证,往往依靠数值模拟的方法经验性地获得膜片翻转时的数据。因此,采用简单有效的数值计算方法可靠地模拟金属膜片的翻转过程对于推进剂贮箱的设计和应用具有重要的意义。本文采用有限元方法,系统地研究了推进剂贮箱金属膜片的翻转过程,并对金属膜片进行了优化设计。全文共分为四章,第一章主要介绍了推进剂贮箱的研究现状,以及有限单元法在弹塑性问题中的应用。第二章主要介绍了塑性变形的相关理论和有限元分析问题的基本步骤。第三章建立了推进剂贮箱金属膜片的二维壳单元和三维壳单元模型,分别对膜片变形进行研究,得到膜片总体变化规律。第四章建立了贮箱金属膜片整体三维壳单元模型,在均布压力载荷作用下对金属膜片厚度进行了优化设计并得出了最佳厚度分布规律。随后,在最优厚度分布规律的基础上,研究了膜片在液体过载的情况下变形规律。最后在不考虑液体过载情况下对带有锥柱段的膜片翻转进行了模拟,观察其翻转变形规律。

关键词：金属膜片贮箱金属膜片有限元法挤压变形

Al-0.5Mg-0.3Si-xZn合金挤压变形与热处理组织性能研究

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Al-0.5Mg-0.3Si-xZn合金挤压变形与热处理组织性能研究

作者：王科良东北大学

学位级别：硕士

Al-Mg-Si系合金因具有较高的强度、较高的塑性、较低的密度、较高的耐蚀性、良好的成形性能和工艺性能等特点而广泛应用于交通运输、电力电器、航空航天等领域。力学性能不足是Al-Mg-Si系合金应用于大功率轻量化电器设备导体材料亟待解... 详细信息

Al-Mg-Si系合金因具有较高的强度、较高的塑性、较低的密度、较高的耐蚀性、良好的成形性能和工艺性能等特点而广泛应用于交通运输、电力电器、航空航天等领域。力学性能不足是Al-Mg-Si系合金应用于大功率轻量化电器设备导体材料亟待解决的问题之一。微合金化是解决导电Al-Mg-Si系合金力学性能不足的有效途径之一,Zn元素是提升铝合金力学性能常用的合金化元素,且Zn对铝合金导电率影响较小。有望解决Al-Mg-Si系合金强度不足的问题。因此,本文通过探索Zn微合金化对Al-Mg-Si合金组织性能的影响,以期解决上述问题,为开发高导电Al-Mg-Si系合金提供指导。主要得到以下结论:(1)Zn 元素以固溶形式存在于 Al-0.5Mg-0.3Si-xZn(x=0,0.1,0.2,0.4,0.7,1.2 mass%)合金组织中。Zn元素抑制了铸态Al-0.5Mg-0.3Si合金中Al3Mg2相的形核析出,并促进Mg2Si相形核析出。Zn元素提高了铸态Al-0.5Mg-0.3Si合金的抗拉强度,降低了合金延伸率,铸态Al-0.5Mg-0.3Si-1.2Zn合金的抗拉强度及延伸率分别为122.2 MPa和19.1%,比铸态Al-0.5Mg-0.3Si合金强度提升33.4%,延伸率降低18.0%。(2)热挤压变形使铸态 Al-0.5Mg-0.3Si-xZn(x=0,0.1,0.2,0.4,0.7,1.2 mass%)合金中的Al3Mg2相回溶基体中,Mg2Si相长大并发生破碎,挤压态合金含纳米Mg2Si相,Zn元素一定程度上促进了合金Mg2Si相的应变析出。Zn元素促进了挤压态Al-0.5Mg-0.3Si-xZn合金的动态再结晶,挤压态Al-0.5Mg-0.3Si合金再结晶组织分数为14%,而挤压态Al-0.5Mg-0.3Si-1.2Zn合金再结晶组织分数增至36%。(3)添加0-1.2 mass%的Zn元素使挤压态Al-0.5Mg-0.3Si-xZn合金强度逐渐提升,延伸率逐渐降低,导电率逐渐降低。挤压态Al-0.5Mg-0.3Si-1.2Zn合金抗拉强度为 143.1 MPa,延伸率为 24.3 5%,导电率为 57.0%IACS,比 Al-0.5Mg-0.3Si合金的抗拉强度提升15.9%,延伸率降低35.8%,导电率降低5%。合金强化机制为Mg2Si相强化与位错强化共同作用。导电率逐渐降低的主要原因是Zn元素促进了合金的动态再结晶,使大角度晶界体积分数增加,且Zn元素固溶于合金基体。(3)固溶处理使挤压态Al-0.5Mg-0.3Si-0.7Zn合金析出AlFeSi相与Mg2Si相,随着固溶处理温度的升高与时间的延长,析出相会粗化。(4).T6处理的挤压态Al-0.5Mg-0.3Si-0.7Zn合金会析出纳米Mg2Si相。Zn元素未改变挤压态Al-0.5Mg-0.3Si合金的析出序列,未产生η’相,但加速纳米相析出,使Al-0.5Mg-0.3Si-0.7Zn合金析出更多β"相与β’相,T6处理的挤压态Al.5Mg-0.3Si-0.7Zn合金强度随时效时间的延长而逐渐增加,塑性逐渐降低,导电率逐渐升高。峰时效处理时间为48 h,合金峰时效强度为232.5 MPa,延伸率为16.2%,导电率为58.8%IACS。与相同T6处理的挤压态Al.5Mg-0.3Si合金相比,抗拉强度提升30%,延伸率降低2.4%,导电率降低4%。其强化机制为Mg2Si相析出强化。

关键词： Al-Mg-Si合金组织性能 Zn微合金化热处理挤压变形

热处理对挤压变形Mg-Al-Ni(-RE)合金力学性能的影响

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热处理对挤压变形Mg-Al-Ni(-RE)合金力学性能的影响

作者：王莹沈阳工业大学

学位级别：硕士

由于变形镁合金比铸造镁合金具有更高的强度和塑性,并且可以通过材料组织的控制与热处理工艺的应用,获得更高的强度、更好的延展性以及更多样化的力学性能,从而满足更多构件的需要,进一步扩展镁合金的应用领域。因此,变形镁合金已经在... 详细信息

由于变形镁合金比铸造镁合金具有更高的强度和塑性,并且可以通过材料组织的控制与热处理工艺的应用,获得更高的强度、更好的延展性以及更多样化的力学性能,从而满足更多构件的需要,进一步扩展镁合金的应用领域。因此,变形镁合金已经在镁质材料的未来广泛应用中呈现出越来越大的潜力。通过熔炼、浇注和热挤压制备了Mg-Al-Ni(-RE)合金,并对部分经过挤压变形的Mg-Al-Ni(-RE)合金分别进行了一次时效处理、二次时效处理和固溶+时效处理,通过对不同处理状态的挤压变形Mg-Al-Ni(-RE)合金进行显微组织观察、拉伸实验和断口形貌分析,探讨了热处理对挤压变形Mg-Al-Ni(-RE)合金的显微组织、力学性能和断裂行为的影响。显微组织观察结果表明,经过一次时效和二次时效处理的挤压变形Mg-Al-Ni(-RE)合金的晶界处以及晶粒内部均有强化相粒子析出;经过一次时效处理后,合金的组织可得到细化,而经过二次时效处理和固溶+时效处理后,合金的组织则明显粗化。拉伸实验结果表明,一次时效处理可提高挤压变形Mg-Al-Ni(-RE)合金的断裂伸长率以及室温抗拉强度和屈服强度,并大幅度提高Mg-6%Al-0.5%Ni-0.5%Ce合金的断裂伸长率;二次时效处理可有效地提高挤压变形Mg-Al-Ni(-RE)合金的高温抗拉强度和屈服强度;固溶+时效处理尽管可提高挤压变形Mg-6%Al-0.5%Ni-0.5%Ce合金的室温断裂伸长率,但却导致合金的抗拉强度、屈服强度以及高温断裂伸长率降低。断口分析结果表明,不同温度下拉伸时,挤压变形Mg-6%Al和Mg-6%Al-0.5%Ni-0.5%Ce合金均发生韧性断裂,而挤压变形Mg-6%Al-0.5%Ni合金则发生韧性和脆性混合断裂;经过一次时效处理的Mg-Al-Ni(-RE)合金在室温和150℃下发生韧性和脆性混合断裂,而在200℃下则发生韧性断裂;经过二次时效处理的Mg-Al-Ni(-RE)合金大多发生韧性和脆性混合断裂。

关键词：镁合金挤压变形热处理显微组织拉伸性能

挤压变形Mg-Mn-Zn-Y合金的疲劳行为研究

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汽车工艺与材料 2007年第1期 26-28页

作者：智莹王鑫吴崴陈立佳李锋刘正沈阳工业大学材料科学与工程学院

挤压变形Mg-Mn-Zn-Y合金可表现为循环应变硬化、循环应变软化和循环稳定,主要取决于外加总应变幅。当外加总应变幅为0.9%时,合金的循环滞后回线上出现了锯齿状起伏的现象,说明合金在疲劳变形期间发生了动态应变时效。此外,挤压变形Mg-Mn... 详细信息

挤压变形Mg-Mn-Zn-Y合金可表现为循环应变硬化、循环应变软化和循环稳定,主要取决于外加总应变幅。当外加总应变幅为0.9%时,合金的循环滞后回线上出现了锯齿状起伏的现象,说明合金在疲劳变形期间发生了动态应变时效。此外,挤压变形Mg-Mn-Zn-Y合金的应变疲劳寿命与塑性应变幅、弹性应变幅间的关系分别服从Coffin-Manson和Basquin关系式。疲劳断口分析结果显示,疲劳裂纹是以穿晶方式萌生于样品表面并以穿晶方式扩展。

关键词：疲劳寿命挤压变形合金行为研究动态应变时效应变硬化应变幅应变软化