超超臨界高中壓轉(zhuǎn)子鋼疲勞裂紋擴(kuò)展行為及壽命評(píng)估.pdf

1、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼的疲勞壽命在正常工作應(yīng)力條件下，由裂紋形成壽命和裂紋擴(kuò)展壽命組成。在實(shí)際服役條件下，原則上不允許轉(zhuǎn)子鋼帶裂紋使用，但是轉(zhuǎn)子在裂紋形成后，從裂紋擴(kuò)展到失穩(wěn)斷裂仍有較長(zhǎng)的壽命。本文圍繞超超臨界高中壓轉(zhuǎn)子鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展速率、斷裂韌性、裂紋擴(kuò)展壽命以及超載對(duì)轉(zhuǎn)子鋼疲勞裂紋擴(kuò)展行為的影響作了試驗(yàn)研究與探討。
　　本文對(duì)12％Cr轉(zhuǎn)子鋼裂紋擴(kuò)展壽命的研究表明，頻率、環(huán)境介質(zhì)、應(yīng)力比、應(yīng)力波譜、溫度等因素對(duì)裂紋擴(kuò)展速率有影響。隨著

2、溫度升高，12%Cr轉(zhuǎn)子鋼裂紋擴(kuò)展速率增大?？紤]試驗(yàn)條件和轉(zhuǎn)子實(shí)際工作情況的差異，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)做了修正，得到了在不同溫度下用Paris公式處理后建立的12%Cr轉(zhuǎn)子鋼裂紋擴(kuò)展壽命的數(shù)學(xué)表達(dá)式。對(duì)國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口轉(zhuǎn)子的高中壓轉(zhuǎn)子鋼裂紋擴(kuò)展速率進(jìn)行了對(duì)比表明，國(guó)產(chǎn)超超臨界高中壓轉(zhuǎn)子鋼的裂紋擴(kuò)展速率稍高于進(jìn)口轉(zhuǎn)子，但差距不大。
　　本文研究了12%Cr轉(zhuǎn)子鋼的超載遲滯特性。超載比、超載停歇時(shí)間等因素對(duì)12%Cr轉(zhuǎn)子鋼疲勞裂紋擴(kuò)展行為有很大的影響

3、，超載使疲勞裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生阻滯效應(yīng)。當(dāng)超載比低于20%時(shí)，超載對(duì)裂紋擴(kuò)展的阻滯效應(yīng)不明顯，隨著超載比逐漸增大，超載對(duì)裂紋擴(kuò)展的阻滯效應(yīng)逐漸增強(qiáng)。超載停歇時(shí)間對(duì)裂紋擴(kuò)展的阻滯效應(yīng)有明顯影響。試驗(yàn)表明，遲滯循環(huán)數(shù)隨停歇時(shí)間延長(zhǎng)而增加。超載使12%Cr轉(zhuǎn)子鋼疲勞裂紋擴(kuò)展的第Ⅰ、Ⅱ階段的擴(kuò)展速率略為減慢，但對(duì)第Ⅲ階段沒有影響，總體來看，超載對(duì)12%Cr轉(zhuǎn)子鋼裂紋擴(kuò)展速率的影響不顯著。
　　本文測(cè)試了在不同溫度下國(guó)產(chǎn)以及進(jìn)口的12%Cr轉(zhuǎn)子鋼

4、的斷裂韌性值。國(guó)產(chǎn)超超臨界高中壓轉(zhuǎn)子鋼室溫KIC平均值為73.18 MPa·m1/2，與進(jìn)口超超臨界高中壓轉(zhuǎn)子鋼的KIC值相當(dāng)。
　　基于Paris方程和本文試驗(yàn)所得到的12%Cr超超臨界高中壓轉(zhuǎn)子鋼裂紋擴(kuò)展速率參數(shù)和斷裂韌性KIC，對(duì)12%Cr轉(zhuǎn)子鋼的裂紋擴(kuò)展壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)。并進(jìn)一步對(duì)超超臨界高中壓轉(zhuǎn)子室溫動(dòng)平衡和超速試驗(yàn)的可行性和安全性進(jìn)行了斷裂力學(xué)分析。最后對(duì)一重、上重生產(chǎn)的含缺陷的超超臨界高中壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行了實(shí)際的安全性評(píng)價(jià)和