離心壓縮機葉片材料FV520b-Ⅰ的超高周疲勞壽命研究.pdf

1、高強度鋼FV520B-I被廣泛用于壓縮機葉片的生產(chǎn)與制造,葉片也是設備發(fā)生故障比較集中的位置，疲勞壽命要求達到109以上，屬于超高周疲勞范圍。大量的疲勞實驗證明，在零部件實際的使用過程中，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)部非金屬夾雜物導致疲勞裂紋萌生并擴展，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，將會造成極大的危害。然而目前尚未建立針對FV520B-I的

2、超高周疲勞壽命預測模型，相關數(shù)據(jù)也十分匱乏。因此首先明確離心壓縮機工作時的受力情況，分析FV520B-I的疲勞性能、疲勞強度，建立一個針對存在內(nèi)部非金屬夾雜物情況的FV520B-I的疲勞壽命的預測模型是一個重要的研究課題。
　　本文首先針對大型離心壓縮機在實際工況中的三種工作狀態(tài)進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力較大，屬于發(fā)生疲勞失效的危險位置。然后采用超聲疲勞系統(tǒng)對FV520B-I試件進行了疲勞試

3、驗，得到了疲勞壽命等實驗數(shù)據(jù)。采用掃描電鏡顯微鏡和光學顯微鏡對試件斷口進行觀察，并測量夾雜物尺寸，以實驗應力幅值與疲勞壽命為基礎得到FV520B-I的S-N曲線，為后續(xù)疲勞壽命預測模型的建立打下基礎。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疲勞性能的影響。以斷裂力學為理論基礎，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)應力強度因子與應

4、力強度因子幅值的關系，建立了疲勞強度與夾雜物尺寸的關系。結(jié)合氫元素以及應力比r對疲勞強度的影響，對疲勞強度進行了修正，修正后的模型與實驗結(jié)果相吻合。最后在經(jīng)典微觀位錯、能量理論和Paris公式的基礎上，將疲勞裂紋萌生壽命模型和擴展壽命模型進行整合，確定了基于內(nèi)部夾雜物的超高周疲勞壽命預測模型。根據(jù)疲勞實驗數(shù)據(jù)對模型中與材料相關的參數(shù)進行了擬合，得到了針對FV520B-I的疲勞壽命預測模型，并將實驗數(shù)據(jù)與預測結(jié)果進行了比較，誤差均在可以接