汽輪機轉(zhuǎn)子鋼30Cr1Mo1V低周疲勞特性研究.pdf

1、汽輪機由于頻繁的啟?；虼蠓蓉摵勺儎?，汽輪機轉(zhuǎn)子要經(jīng)常承受快速加熱或冷卻引起的各種瞬態(tài)熱應力和機械應力，導致局部區(qū)域發(fā)生塑性變形而產(chǎn)生低周疲勞，影響了汽輪機的安全運行。國內(nèi)外學者關于載荷、溫度和加載波形等影響汽輪機轉(zhuǎn)子鋼材料高溫低周疲勞特性的因素進行了大量的研究，本文主要考慮了加載速率的影響，對低周疲勞特性進行了實驗研究，對汽輪機轉(zhuǎn)子的設計、安全運行等提供指導。
　　 本文采用軸向總應變控制，拉壓對稱三角波，應變范圍為±0.4％

2、-±1.0％，應變比R=-1，應變速率分別選取0.1％/s，0.3％/s，0.5％/s，溫度為538℃，對汽輪機轉(zhuǎn)子鋼30Cr1Mo1V材料進行了低周疲勞實驗。分析了加載速率對低周疲勞特性的影響，結果表明隨著加載速率的增加，循環(huán)應力隨之增加，且循環(huán)應力隨著循環(huán)次數(shù)的增加呈現(xiàn)軟化特性；根據(jù)連續(xù)介質(zhì)損傷力學對30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子鋼低周疲勞損傷演化方程進行了推導，并采用應力幅值法測量材料的損傷，在不同應變幅下，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系；同等應變幅下，當10-3s-1≤ε≤0.2s-1時，加載速率對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變幅的加大而增大。
　　 在538℃下，研究了加載速率對30

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

5、伸滯后能損傷函數(shù)法的預測能力相對較差。
　　 對30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子鋼斷口和斷口縱向剖面進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)、裂紋擴展區(qū)、瞬斷區(qū)三個區(qū)域。其中裂紋源區(qū)較為光滑、平坦；裂紋擴展區(qū)裂紋數(shù)量較多，裂紋向一個方向擴展，此階段裂紋擴展速率較為緩慢，但卻占據(jù)著整個壽命的絕大部分；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嚴重，主