30Cr2MoV转子钢低周疲劳软化规律的研究

低周疲劳是汽轮机设计和运行中考虑的重点.针对国产200MW机组汽轮机转子上广泛使用的30Cr2MoV钢材料进行了常温和高温550 C下应变控制低周疲劳试验.在试验的基础上得到了该材料的低周疲劳特性参数、循环应力-应变曲线和具有95%置信度,误差限为5%的应变-寿命曲线,并对疲劳试验试样的硬度与寿命的关系进行了探讨.     

1Mn18Cr18N护环钢高温低周疲劳特性研究

为了研究超超临界汽轮发电机护环钢1Mn18Cr18N在工作温度100℃的低周疲劳特性,本文采用应变控制法对其进行温度为100℃下的低周疲劳试验,并对试验结果进行分析讨论。拟合出循环应力应变曲线和应变寿命曲线,得到了护环钢1Mn18Cr18N在100℃时的低周疲劳特性参数,包括Rambeg-Osgood参数和Manson-Coffin公式,推导出该材料的转变寿命NT。结果表明:1Mn18Cr18N护环钢低周疲劳特性表现为循环软化,循环软化程度随应变幅值的增加而增大,软化速率随应力下降幅值增加而增大;1Mn18Cr18N护环钢的过渡寿命为2177周次,小于2177周次时,塑性应变高于弹性应变成为影响疲劳断裂的主要因素,大于2177周次时,弹性应变主导疲劳断裂。     

30Cr1Mo1V钢高温低周疲劳中的软化特性

软化是高温长期运行部件的主要特征,软化意味着材料性能的降低。为了探讨软化对材料低周疲劳特性的影响,对30Cr1Mo1V转子钢进行了应变控制中断低周疲劳试验。试验温度为540℃和565℃,应变幅为0.2%～1.0%,采用拉压对称三角波。基于试验结果,建立了疲劳损伤与低周疲劳寿命之间的关系。通过对试验试样的维氏硬度进行检测,得到了带有硬度修正的低周疲劳应变-寿命修正公式,并对修正公式的有效性进行了检验。结果表明,硬度修正公式在循环寿命小于0.5倍寿命分数时有效,而在循环寿命大于0.5倍时,则存在高估剩余寿命的危险。在同一硬度下,对不同温度和应变,损伤是不同的,应变越小,损伤越大;温度越高,损伤越小。     

镍基高温合金GH4145/SQ螺栓寿命预测

文章对300 MW汽轮机高中压外缸GH4145/SQ合金螺栓的寿命进行了预测.基于单线性、双线性及指数衰减模型的寿命预测比较结果表明采用不同的疲劳寿命段的疲劳特性参数对寿命预测结果影响显著,特别是在较低应变幅下.对于光滑试样,当应变幅大于0.5%时,采用3/10寿命阶段的疲劳特性参数预测结果较符合实验值;但当应变幅小于0.5%时,采用7/10寿命阶段的疲劳特性参数预测结果与实测值的一致性更好;对于缺口疲劳试样,则采用半寿命阶段的疲劳参数的预测结果为最小.因此,对于高温低周疲劳寿命预测问题,合理选择疲劳特性参数将是保证结构件寿命预测精度的重要因素,这在工程应用中应值得重视.     

涡轮叶片低周疲劳可靠性稳健设计优化研究

针对涡轮叶片低周疲劳可靠性稳健设计优化问题,对叶片材料进行了高温疲劳试验,采用定量方程随机化方法处理试验数据,获得叶片材料的概率-应变-寿命曲线。采用贝塞尔曲线描述叶片型线方程,建立了涡轮叶片结构及流场的参数化模型,采用热-流-固耦合有限元法对涡轮流场和叶片进行了数值分析,得到叶片动能效率和应力应变分布特性。建立了叶片疲劳可靠性稳健设计优化模型,并采用响应面法获得叶片结构性能函数和极限状态函数,将叶片低周疲劳可靠性作为基本约束条件,采用序列二次规划优化法得到设计优化结果。研究结果表明,优化后的叶片低周疲劳可靠性以及稳健性显著提高,模型及方法正确可行,可用于涡轮叶片以及其他复杂结构的低周疲劳可靠性稳健设计优化。     

镍基合金K435高温低周疲劳寿命预测研究

概述高温低周疲劳寿命预测模型,对新型铸造镍基高温合金K435金在900℃下进行了低周疲劳试验,用各种预测公式对试验结果进行拟合,并对塑性应变能和幂指函数公式进行了改进,改进公式的拟合效果优于未改进的公式,尤其是改进的塑性应变能公式在文中所有的预测公式中精度最高。研究结果为燃气涡轮叶片的寿命预测提供了技术支持。     

FB2转子钢低周疲劳断口分析

采用轴向等幅低循环疲劳试验方法,对用于再热温度620 ℃的高效超超临界机组转子钢FB2的室温和高温低周疲劳性能进行了试验研究,并用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对疲劳试样的断口以及显微结构进行了分析。结果表明：低周疲劳条件下FB2表现为循环软化,高温下疲劳寿命远远低于室温下的疲劳寿命,循环应变-寿命满足Manson-Coffin关系。疲劳断口扫描分析表明：FB2的疲劳源一般起源于表面或近表面缺陷及BN夹杂,疲劳条带形貌清晰可见;断口上可见完整BN夹杂形貌。疲劳试样透射分析表明：FB2循环软化是由位错密度的降低、马氏体板条的转化、亚晶的形成和粗化造成的。     

不同环境下对2D70铝合金低周疲劳性能的研究

对2D70铝合金在试验室空气、湿空气、盐雾(NaCl)及盐雾(NaCl)+二氧化硫(SO2)4种环境下进行低周疲劳试验,对比4种环境下的循环σ-ε曲线及应变-寿命曲线。得出结论,相同应变下,2D70铝合金随腐蚀环境增强,循环应力降低;2D70铝合金在盐雾及盐雾+二氧化硫两种环境下低周疲劳寿命相近,并且随着腐蚀环境的增强,低周疲劳寿命降低;腐蚀环境越强,材料疲劳损伤程度越大。研究结果可为预测飞机机身在不同环境下的低周疲劳寿命提供参考,对飞机腐蚀防护及耐久性设计具有重要意义。     

应变控制下具有保持时间的镍基合金C276高温低周疲劳实验研究

由于高的热效率和简单的系统组成,超临界水堆已经被选为第4代反应堆概念机组。实现超临界水堆的关键之一是重要部件尤其是燃料组件包壳材料的高温力学性能。该文以镍基合金C276为研究对象,对其进行应变控制下具有保持时间的高温低周疲劳实验研究。实验温度为650℃,对称梯形波,最大拉压应变保持时间分别为0,30s和60s,应变范围均为±0.3%～±0.5%。对镍基合金C276在有应变保持情况下的循环应力特征、应力松弛规律、控制应变与循环应力的关系、应变与寿命的关系进行了分析。实验结果表明:Ni基合金C276为循环硬化材料,应变保持强化了循环硬化效应;给出了有保持情况下的频率修正循环应力-应变关系公式和有应变保持的频率修正应变-寿命公式。     

P91钢蠕变-疲劳交互作用应变特征与寿命预测

对电厂用关键材料P91钢在546℃下进行应力控制的蠕变疲劳交互作用研究,分别对滞回线,全应变范围,平均应变和非弹性应变进行分析和讨论。基于应力控制蠕变-疲劳交互实验特点,考虑了上下保载时间对寿命的影响,采用改进型的频率修正法对P91钢进行寿命预测。研究结果表明:应力控制下的蠕变-疲劳交互作用,使P91钢呈现兼有循环蠕变与静蠕变的失效形式,随着循环数的增加,滞回线向右移动:非弹性应变影响了蠕变-疲劳交互寿命,其增长速率随着材料寿命的减小而增大。寿命预测结果与试验结果吻合较好,95%的数据点落于2倍误差带范围之内。研究结果为P91钢蠕变疲劳寿命预测提供了理论和实验基础。