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汽轮机叶片工作环境十分恶劣,需要承受高温、高压、腐蚀、振动及水冲蚀等苛刻条件,叶片失效导致的事故约占汽轮机组事故的60%左右叫。其中,低压区的末级叶片比中压区和高压区的叶片更容易发生疲劳破坏,末级叶片的损伤约占叶片失效事故的70%2-3]。因此,国内外对叶片安全和可靠性的研究极为重视。
1Cr12新型叶片钢属于新开发的12% Cr型马氏体热强不锈钢,主要用丁制造超临界火电机组汽轮机5。由于1Cr12新型叶片钢含有比一般12% Cr型马氏体热强不锈钢更多的Ni、Mo、V、N,故其具有更好的高温热强性、高温组织和性能稳定性、高溢抗氧化性及抗蒸汽腐蚀能力6。汽轮机末级叶片局部高频淬火是常用的防水蚀技术'。然而,很少有人研究高频淬火对1Cr12新型叶片钢疲劳性能的影响。
本文研究了1Cr12新型叶片钠高频淬火前后分别在室温大气下和 80℃22%NaCI中的疲劳性能,分析了高频淬火对1Cr12新型叶片钢疲劳性能的影响,为其应用以及高频淬火.工艺的优化提供了理论依据。
采用升降法确定试样的疲劳极限,再利用 Origin 软件对过载点进行线性拟合,从而得到试样的S-N曲线。图1是调质态 1Cr12新型叶片钢在室温大气下的最大应力S与循环周次的对数1gN之间的关系图,由于试验结果很分散。并不能拟合成S-N曲线,在此环境下的疲劳极限是516MPa。图2是高频淬火态1Cr12新型叶片钢在室温大气下的最大应力S与循环周次的对数1gN之间的关系曲线,疲劳极限是670 MPa。高频淬火使1Cr12新型叶片钢的疲劳极限提高了29.8%.
由表3还可知,调质态和高频淬火态1Cr12新型叶片钢在80℃22%NaC1溶液中的S-N曲线的线性拟合方程的斜率分别是-44.59和-52.38。斜率的绝对值越小,则腐蚀疲劳的循环周次对应力的大小越敏感。高频淬火态1Cr12新型叶片钢在80℃22%NaCI溶液中的S-N曲线的线性拟合方程的斜率绝对值比调质态的斜率绝对值高17.47%。显然,高频淬火态1Cr12新型叶片钢在80℃22%NaC1溶液中腐蚀疲劳的结果对应力的敏感性远小于调质态1Cr12新型叶片钢的腐蚀疲劳结果对应力的敏感性。这也说明,高频淬火态1Cr12新型叶片钢更不容易发生腐蚀疲劳失效。
1)高频淬火使1Cr12新型叶片钢的腐蚀疲劳性能显著提高。高频淬火态1Cr12新型叶片钢在室温大气和 80℃22%NaCI溶液中的疲劳极限分别比调质态的疲劳极限提高了29.8%和157.5%。
2)调质态和高频淬火态1Cr12新型叶片钢的疲劳源都位于试样表面。在室温大气下,二者的疲劳裂纹都萌生于试样表面的加工痕迹;在80℃22%NaC溶液中,点蚀坑是疲劳裂纹萌生的主要原因。
3)高频淬火可以明显减小表面蚀坑产生的可能性,显著提高疲劳裂纹萌生寿命,从而有效地提高1Cr12新型叶片的腐蚀疲劳性能。