環(huán)境介質(zhì)對波形膨脹節(jié)疲勞壽命的影響.pdf

1、波形膨脹節(jié)因其優(yōu)良的補償變形能力而廣泛應(yīng)用于冶金、煉油、石化、化工、城建等各個行業(yè)。在承受載荷時，其局部范圍大多產(chǎn)生彈－塑性變形。特別是在開停車及變工況工作時，會引起高的交變應(yīng)變而導(dǎo)致低周疲勞破壞。因此，多年來人們對波形膨脹節(jié)的低周疲勞壽命做了大量的研究，其中最權(quán)威的是美國膨脹節(jié)制造商協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)EJMA，它給出了奧氏不銹鋼的疲勞曲線和膨脹節(jié)的疲勞壽命計算公式，但是上述研究都限于在空氣介質(zhì)這一特定條件下，而實際應(yīng)用中，波形膨脹節(jié)常常工作在一

2、定的腐蝕性介質(zhì)中；隨著時間的推移，波形膨脹節(jié)局部常常會富集腐蝕性介質(zhì)，所以環(huán)境介質(zhì)對波形膨脹節(jié)疲勞壽命的影響，已開始引起人們的重視。 本文針對3.5％ NaCl溶液的腐蝕介質(zhì)條件下，對0Cr18Ni9材質(zhì)的奧氏體不銹鋼波形膨脹節(jié)疲勞壽命的影響開展了以下研究工作： 1. 預(yù)測空氣中波形膨脹節(jié)試件的疲勞壽命。通過對試件在不同位移變形條件下的應(yīng)力測定，以及運用有限元應(yīng)力模擬預(yù)測波形膨脹節(jié)的疲勞壽命，按照EJMA標(biāo)準(zhǔn)進行空氣

3、中波形膨脹節(jié)疲勞壽命的計算，最后在疲勞試驗機上得到了波形膨脹節(jié)實測疲勞壽命。 2. 實測3.5％ NaCl 溶液腐蝕介質(zhì)條件下波形膨脹節(jié)的疲勞壽命。通過對相同試件在不同位移變形條件下，實測試件的腐蝕疲勞壽命，并與對應(yīng)空氣中試件的疲勞壽命進行對比分析。發(fā)現(xiàn)在實驗條件下，波形膨脹節(jié)的腐蝕疲勞壽命顯著低于空氣中預(yù)測值及實測值。腐蝕介質(zhì)、應(yīng)力水平是其重要的影響因素；探討波形膨脹節(jié)腐蝕疲勞的失效機理，給出了影響因子。提出了奧氏體不銹鋼波

4、形膨脹節(jié)設(shè)計中應(yīng)考慮的因素。 3. 提出腐蝕條件下波形膨脹節(jié)疲勞裂紋產(chǎn)生、擴展與腐蝕電極電位之間的關(guān)系。用標(biāo)準(zhǔn)試樣及波形膨脹節(jié)實物試件，測定了不同應(yīng)力、不同頻率（CT試樣）下，疲勞裂紋產(chǎn)生、擴展直至斷裂，與腐蝕電極電位之間的對應(yīng)關(guān)系。從而反映出腐蝕疲勞裂紋擴展的機理。 4. 對試件的宏觀斷口分析。通過對宏觀斷口的觀察，分析了加載頻率、環(huán)境介質(zhì)對試件的影響，有助于進一步探討腐蝕疲勞損傷的機理。 本論文的研究結(jié)果表明：在

5、一定條件下，波形膨脹節(jié)的腐蝕疲勞壽命顯著低于空氣中預(yù)測值及實測值。腐蝕介質(zhì)、應(yīng)力水平、循環(huán)頻率是主要影響因子。腐蝕介質(zhì)氯離子對奧氏體不銹鋼鈍化膜具有穿透作用，在拉伸交變載荷下對鈍化膜具有撕裂效應(yīng)，交變應(yīng)力循環(huán)作用使金屬內(nèi)部晶粒發(fā)生相對滑移這三種因素的作用，引起波形膨脹節(jié)局部腐蝕，逐步形成微裂紋和隨后的裂紋擴展，是波形膨脹節(jié)腐蝕疲勞損傷的主要機理。在預(yù)測波形膨脹節(jié)疲勞壽命時，只考慮機械載荷的因素將是危險的，應(yīng)同時在選材、工藝、結(jié)構(gòu)上采取措