汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼30Cr1Mo1V低周疲勞特性研究.pdf

1、汽輪機(jī)由于頻繁的啟停或大幅度負(fù)荷變動(dòng)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子要經(jīng)常承受快速加熱或冷卻引起的各種瞬態(tài)熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，導(dǎo)致局部區(qū)域發(fā)生塑性變形而產(chǎn)生低周疲勞，影響了汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于載荷、溫度和加載波形等影響汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼材料高溫低周疲勞特性的因素進(jìn)行了大量的研究，本文主要考慮了加載速率的影響，對(duì)低周疲勞特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)、安全運(yùn)行等提供指導(dǎo)。
　　 本文采用軸向總應(yīng)變控制，拉壓對(duì)稱三角波，應(yīng)變范圍為±0.4％

2、-±1.0％，應(yīng)變比R=-1，應(yīng)變速率分別選取0.1％/s，0.3％/s，0.5％/s，溫度為538℃，對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼30Cr1Mo1V材料進(jìn)行了低周疲勞實(shí)驗(yàn)。分析了加載速率對(duì)低周疲勞特性的影響，結(jié)果表明隨著加載速率的增加，循環(huán)應(yīng)力隨之增加，且循環(huán)應(yīng)力隨著循環(huán)次數(shù)的增加呈現(xiàn)軟化特性；根據(jù)連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)對(duì)30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子鋼低周疲勞損傷演化方程進(jìn)行了推導(dǎo)，并采用應(yīng)力幅值法測(cè)量材料的損傷，在不同應(yīng)變幅下，30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子鋼低周疲

3、勞損傷演化方程中的損傷指數(shù)α隨著加載速率的增加而增加，且α與加載速率成線性關(guān)系；同等應(yīng)變幅下，當(dāng)10-3s-1≤ε≤0.2s-1時(shí)，加載速率對(duì)30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子鋼低周疲勞損傷的影響較大，隨著加載速率的增加，該材料的高溫低周疲勞損傷減小。在此加載速率范圍之外，加載速率的變化對(duì)損傷的影響很小，可以不考慮加載速率的影響；而且在同一加載速率下，該材料的高溫低周疲勞損傷隨著應(yīng)變幅的加大而增大。
　　 在538℃下，研究了加載速率對(duì)30

4、Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子鋼低周疲勞壽命的影響，結(jié)果表明，在同一應(yīng)變下，隨著加載速率的增加，壽命增加；在大應(yīng)變處加載速率對(duì)壽命的影響較小，隨著應(yīng)變的減小，加載速率的影響效果加大。另外，隨著應(yīng)變的增加，壽命減小。并通過(guò)修正的頻率修正公式、Masson-Coffin公式和拉伸滯后能損傷函數(shù)法進(jìn)行了壽命預(yù)測(cè)，并將這三種方法對(duì)壽命的預(yù)測(cè)能力進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，考慮加載速率對(duì)壽命影響的頻率修正公式有著良好的預(yù)測(cè)效果，而Masson-Coffin公式和拉

5、伸滯后能損傷函數(shù)法的預(yù)測(cè)能力相對(duì)較差。
　　 對(duì)30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子鋼斷口和斷口縱向剖面進(jìn)行了掃描電鏡顯微分析，從斷口分析可以看出，其斷口分為裂紋源區(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)、瞬斷區(qū)三個(gè)區(qū)域。其中裂紋源區(qū)較為光滑、平坦；裂紋擴(kuò)展區(qū)裂紋數(shù)量較多，裂紋向一個(gè)方向擴(kuò)展，此階段裂紋擴(kuò)展速率較為緩慢，但卻占據(jù)著整個(gè)壽命的絕大部分；瞬斷區(qū)斷口比較粗糙，且與前兩區(qū)呈現(xiàn)一定角度的剪切唇。裂紋起源于試樣表面的缺陷處，較低加載速率下的斷口氧化程度相對(duì)嚴(yán)重，主