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汽輪機(jī)葉片工作環(huán)境十分惡劣,需要承受高溫、高壓、腐蝕、振動及水沖蝕等苛刻條件,葉片失效導(dǎo)致的事故約占汽輪機(jī)組事故的60%左右叫。其中,低壓區(qū)的末級葉片比中壓區(qū)和高壓區(qū)的葉片更容易發(fā)生疲勞破壞,末級葉片的損傷約占葉片失效事故的70%2-3]。因此,國內(nèi)外對葉片安全和可靠性的研究極為重視。
1Cr12新型葉片鋼屬于新開發(fā)的12% Cr型馬氏體熱強(qiáng)不銹鋼,主要用丁制造超臨界火電機(jī)組汽輪機(jī)5。由于1Cr12新型葉片鋼含有比一般12% Cr型馬氏體熱強(qiáng)不銹鋼更多的Ni、Mo、V、N,故其具有更好的高溫?zé)釓?qiáng)性、高溫組織和性能穩(wěn)定性、高溢抗氧化性及抗蒸汽腐蝕能力6。汽輪機(jī)末級葉片局部高頻淬火是常用的防水蝕技術(shù)'。然而,很少有人研究高頻淬火對1Cr12新型葉片鋼疲勞性能的影響。
本文研究了1Cr12新型葉片鈉高頻淬火前后分別在室溫大氣下和 80℃22%NaCI中的疲勞性能,分析了高頻淬火對1Cr12新型葉片鋼疲勞性能的影響,為其應(yīng)用以及高頻淬火.工藝的優(yōu)化提供了理論依據(jù)。
采用升降法確定試樣的疲勞極限,再利用 Origin 軟件對過載點(diǎn)進(jìn)行線性擬合,從而得到試樣的S-N曲線。圖1是調(diào)質(zhì)態(tài) 1Cr12新型葉片鋼在室溫大氣下的最大應(yīng)力S與循環(huán)周次的對數(shù)1gN之間的關(guān)系圖,由于試驗結(jié)果很分散。并不能擬合成S-N曲線,在此環(huán)境下的疲勞極限是516MPa。圖2是高頻淬火態(tài)1Cr12新型葉片鋼在室溫大氣下的最大應(yīng)力S與循環(huán)周次的對數(shù)1gN之間的關(guān)系曲線,疲勞極限是670 MPa。高頻淬火使1Cr12新型葉片鋼的疲勞極限提高了29.8%.
由表3還可知,調(diào)質(zhì)態(tài)和高頻淬火態(tài)1Cr12新型葉片鋼在80℃22%NaC1溶液中的S-N曲線的線性擬合方程的斜率分別是-44.59和-52.38。斜率的絕對值越小,則腐蝕疲勞的循環(huán)周次對應(yīng)力的大小越敏感。高頻淬火態(tài)1Cr12新型葉片鋼在80℃22%NaCI溶液中的S-N曲線的線性擬合方程的斜率絕對值比調(diào)質(zhì)態(tài)的斜率絕對值高17.47%。顯然,高頻淬火態(tài)1Cr12新型葉片鋼在80℃22%NaC1溶液中腐蝕疲勞的結(jié)果對應(yīng)力的敏感性遠(yuǎn)小于調(diào)質(zhì)態(tài)1Cr12新型葉片鋼的腐蝕疲勞結(jié)果對應(yīng)力的敏感性。這也說明,高頻淬火態(tài)1Cr12新型葉片鋼更不容易發(fā)生腐蝕疲勞失效。
1)高頻淬火使1Cr12新型葉片鋼的腐蝕疲勞性能顯著提高。高頻淬火態(tài)1Cr12新型葉片鋼在室溫大氣和 80℃22%NaCI溶液中的疲勞極限分別比調(diào)質(zhì)態(tài)的疲勞極限提高了29.8%和157.5%。
2)調(diào)質(zhì)態(tài)和高頻淬火態(tài)1Cr12新型葉片鋼的疲勞源都位于試樣表面。在室溫大氣下,二者的疲勞裂紋都萌生于試樣表面的加工痕跡;在80℃22%NaC溶液中,點(diǎn)蝕坑是疲勞裂紋萌生的主要原因。
3)高頻淬火可以明顯減小表面蝕坑產(chǎn)生的可能性,顯著提高疲勞裂紋萌生壽命,從而有效地提高1Cr12新型葉片的腐蝕疲勞性能。
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