再制造毛坯表面变性层及形成机理研究

发布时间：2017-09-21 01:28

  本文关键词：再制造毛坯表面变性层及形成机理研究

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【摘要】：再制造是对旧产品通过成熟的科学理论、高效的技术手段进行修复和改造，针对的对象为已损坏或者即将报废的产品和零部件，其原材料和最终产品不同于传统的制造过程。随着国内大量工程机械设备的投入，设备的维护及零件的维修费用逐年攀升，同时再制造业受到各工业领域的重视，尤其在需求大型设备产业的领域。国家在大力发展西气东输工程，然而管道工程中重要运作设备管线式压缩机，由于工况的复杂性，面临着诸多问题，在重要零部件叶轮、主轴表面会产生变性层，影响着设备的正常运转，并对再制造产生影响。 本文分析了管线式压缩机叶轮工作方式、环境，明确了影响叶轮变性层主要因素：温度、压强、气体作用力，提出叶轮变性层模拟设备方案。因高速运转的叶轮通道内工况复杂，结合ansys建模划分叶轮网格，建立叶轮内气体流速模型和温度场、压强模型，计算了叶轮表面气体流速、表面受力情况。对实验方案进行进一步修正，结合实验室条件确定了模拟叶轮变性层设备方案，并予以实施。 借助热力学知识，计算了影响气体状态方程的修正参数-压缩因子，在此基础上，计算了CH_4-H_2、CH_4-CO混合气体的热力学反应方程，得到环境气氛中各反应的热力学吉布斯△G温度函数，获得发生金属尘化腐蚀的温度区间，得到叶轮在各气氛中发生反应的类型。同时，对酸性气体CH_4-H_2S、 CH_4-CO_2(H_2O)进行热力学计算，结果表明：在各温度区间下，H_2S、CO_2(H_2O)均能与叶片基体发生反应，生成FeS、FeCO_3，且硫化氢反应平衡分压小于二氧化碳分压，腐蚀反应趋势大于二氧化碳。 采用两种轴材料在不同的条件下制备变性层，利用XPS对变性层表面、刻蚀进行元素分析，研究了变性层的形成规律，40CrNiMo7和1Cr18Ni9Ti变性层存在明显区别。40CrNiMo7在低速下变性层最外层为Fe_2O_3，且分层明显，高速下各层间扩散较为严重，但各化合物比例不同，同样呈现出多层膜结构。1Cr18Ni9Ti低转速下最外层为Fe_3O_4，高转速下最外层为Fe_2O_3，因基体Cr含量的影响，，变性层中有Cr_2O_3、CrO_3的出现，其中CrO_3在高速下才生成，同时其变性层也为多层膜结构。
【关键词】：再制造 ansys建模 金属尘化 多层膜结构 XPS
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 致谢8-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 引言14-15
• 1.2 离心式鼓风机结构原理与应用15-19
• 1.2.1 离心式鼓风机结构15-18
• 1.2.2 工作原理18
• 1.2.3 应用18-19
• 1.3 纯金属的氧化19-21
• 1.3.1 膜与金属界面19-20
• 1.3.2 纯金属铬的氧化20-21
• 1.4 合金的氧化21-23
• 1.5 热力学计算23-25
• 1.5.1 基础热力学23
• 1.5.2 热力学相图23-25
• 1.6 本文创新25-26
• 第二章 模拟设备的设计26-33
• 2.1 模拟方案设计26-28
• 2.2 各实验参数计算、分析28-31
• 2.2.1 叶片表面相对流速29-30
• 2.2.2 叶片表面应力30-31
• 2.3 确定实验模拟设备31-33
• 第三章 叶轮变性层热力学分析33-42
• 3.1 气体压缩因子计算33-34
• 3.2 CH_4和 H_2混合气体热力学分析34-38
• 3.2.1 气氛碳活度35-36
• 3.2.2 材料碳活度36-38
• 3.3 CH_4和 CO 混合气体热力学分析38-40
• 3.4 CH_4和 H_2S 混合气体热力学分析40-41
• 3.5 CH_4和 CO_2(H_2O)混合气体热力学分析41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 轴变性层分析42-63
• 4.1 实验材料与方法42-43
• 4.2 40CrNiMo7 轴变性层分析43-51
• 4.2.1 1100r/min 转速下的变性层分析43-46
• 4.2.2 1400r/min 转速下的变性层分析46-50
• 4.2.3 变性层截面金相组织50-51
• 4.3 1Cr18Ni9Ti 轴变性层分析51-62
• 4.3.1 1100r/min 转速下的变性层分析51-57
• 4.3.2 1400r/min 转速下的变性层分析57-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 轴变性层热力学分析63-66
• 第六章 全文总结66-68
• 参考文献68-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文75-76

【参考文献】

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本文编号：891592