離心壓縮機(jī)葉片材料FV520b-Ⅰ的超高周疲勞壽命研究.pdf

1、高強(qiáng)度鋼FV520B-I被廣泛用于壓縮機(jī)葉片的生產(chǎn)與制造,葉片也是設(shè)備發(fā)生故障比較集中的位置，疲勞壽命要求達(dá)到109以上，屬于超高周疲勞范圍。大量的疲勞實(shí)驗(yàn)證明，在零部件實(shí)際的使用過程中，內(nèi)部夾雜物是引起超高周疲勞失效的主要原因，隨著循環(huán)載荷的不斷作用，內(nèi)部非金屬夾雜物導(dǎo)致疲勞裂紋萌生并擴(kuò)展，使得FV520B-I的疲勞性能降低，最終發(fā)生破壞。這種破壞是不可逆的，并且沒有任何征兆，將會(huì)造成極大的危害。然而目前尚未建立針對(duì)FV520B-I的

2、超高周疲勞壽命預(yù)測(cè)模型，相關(guān)數(shù)據(jù)也十分匱乏。因此首先明確離心壓縮機(jī)工作時(shí)的受力情況，分析FV520B-I的疲勞性能、疲勞強(qiáng)度，建立一個(gè)針對(duì)存在內(nèi)部非金屬夾雜物情況的FV520B-I的疲勞壽命的預(yù)測(cè)模型是一個(gè)重要的研究課題。
　　本文首先針對(duì)大型離心壓縮機(jī)在實(shí)際工況中的三種工作狀態(tài)進(jìn)行了定性的模擬分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在葉片前端與蓋盤和底盤的接觸位置應(yīng)力較大，屬于發(fā)生疲勞失效的危險(xiǎn)位置。然后采用超聲疲勞系統(tǒng)對(duì)FV520B-I試件進(jìn)行了疲勞試

3、驗(yàn)，得到了疲勞壽命等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。采用掃描電鏡顯微鏡和光學(xué)顯微鏡對(duì)試件斷口進(jìn)行觀察，并測(cè)量夾雜物尺寸，以實(shí)驗(yàn)應(yīng)力幅值與疲勞壽命為基礎(chǔ)得到FV520B-I的S-N曲線，為后續(xù)疲勞壽命預(yù)測(cè)模型的建立打下基礎(chǔ)。觀察發(fā)現(xiàn)明顯的GBF(Granular BrightFacet)區(qū)和“魚眼”區(qū)特征，表明了在超高周疲勞情況下內(nèi)部夾雜物與氫元素對(duì)疲勞性能的影響。以斷裂力學(xué)為理論基礎(chǔ)，根據(jù)已有的比較成熟的理論，將夾雜物等效為疲勞裂紋處理，根據(jù)應(yīng)力強(qiáng)度因子與應(yīng)

4、力強(qiáng)度因子幅值的關(guān)系，建立了疲勞強(qiáng)度與夾雜物尺寸的關(guān)系。結(jié)合氫元素以及應(yīng)力比r對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響，對(duì)疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了修正，修正后的模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。最后在經(jīng)典微觀位錯(cuò)、能量理論和Paris公式的基礎(chǔ)上，將疲勞裂紋萌生壽命模型和擴(kuò)展壽命模型進(jìn)行整合，確定了基于內(nèi)部夾雜物的超高周疲勞壽命預(yù)測(cè)模型。根據(jù)疲勞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型中與材料相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行了擬合，得到了針對(duì)FV520B-I的疲勞壽命預(yù)測(cè)模型，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較，誤差均在可以接