不同介质环境下马氏体不锈钢2Cr13钢的超高周疲劳研究

【摘要】疲劳失效是工程构件的重要破损方式之一,材料的疲劳和与其有关的安全设计问题一直是学者们十分关心的题目。在实际应用中,金属材料经过107次循环而不破坏,即可认为其可承受无限次循环。因此,许多工业应用中,如发动机、铁路等,其材料和结构频繁承受高频、低震幅的负荷,能够达到高达千兆周次的反复循环。因此,疲劳寿命设计通常要达到108周次,甚至1010周次。本文对汽轮机转子用钢2Cr13钢进行了系统的常规疲劳试验研究。对材料进行了拉伸试验与金相实验以确定其力学性能与组织性能。采用旋转弯曲疲劳试验机(f=52.5Hz),分别在空气中、3.5%NaCl水溶液中进行了疲劳试验,获得两种环境下的S-N曲线。研究了材料的高周、超高周疲劳性能,对疲劳断口利用扫描电子显微镜观察并进行分析。对不同疲劳环境中超高周疲劳裂纹萌生、裂纹扩展、疲劳机理以及疲劳断口特征进行了分析。在空气和3.5%NaCl腐蚀环境下,马氏体不锈钢2Cr13实验获得的S-N曲线呈现阶梯状。空气中,2Crl3钢在106-108周次范围内存在疲劳极限530MPa,在大于108周次的直线段为超高周疲劳,在此阶段仍然会发生断裂。3.5%NaCl中,2Cr13钢在106-108周次范围内存在疲劳极限250MPa,是空气环境下的47%。空气环境下,材料为单裂纹起源,疲劳源在表面或亚表面的位置萌生,不存在从内部萌生的裂纹。但在所有试验中都未发现已报道的超高周疲劳断口上类似“鱼眼”形貌的疲劳源。在介质环境中,随着应力水平的提高,疲劳裂纹源个数增加,且疲劳裂纹扩展面随着载荷周次的减少而减小。当循环次数达到108周次时,疲劳裂纹扩展面约占50%以上,104周次时的比值仅为20%。在同等应力条件下,3.5%NaCl溶液中的疲劳寿命要小于空气中的疲劳寿命。3.5%NaCl腐蚀环境下疲劳裂纹从表面或表面夹杂处萌生。同时,疲劳裂纹扩展过程中,疲劳断口以沿晶断口形貌为主。疲劳源的数量与材料微观组织、电化学条件及应力水平有关,对于本试验的2Cr13钢,应力水平是主要因素。
【作者】张彭一；
【导师】李淑欣；
【作者基本信息】兰州理工大学，化工过程机械，2014，硕士
【关键词】超高周疲劳；2Cr13钢；S-N曲线；环境介质；疲劳裂纹萌生；

【参考文献】
[1]陈耀泷.湛江市文章湾村“年例”妈祖祭祀仪式及其音乐研究[D].中国艺术研究院,音乐与舞蹈学,2014,硕士.
[2]焦虹磊.食品安全中科学技术的不当使用及其对策[D].太原科技大学,科学技术哲学,2013,硕士.
[3]李晓斌1,3　赵浪涛2　曹军1　邢敬宏1.一种实现USB远距离传输的方案分析[J].电子技术与软件工程,2015,06:119.
[4]谭冬梅.康复新液联合标准三联疗法治疗Hp相关性糜烂性胃炎的临床研究[D].北京中医药大学,中医学,2013,硕士.
[5]王小燕.小鼠高脂晚餐对肝脏生物钟和脂质生成基因表达影响以及蛇床子素干预作用研究[D].苏州大学,药理学,2013,硕士.
[6]任爱珍.面向复杂学习的整体性教学设计研究[D].西北大学,教育技术学,2014,硕士.
[7]李彤,贾英民.一个新的界实准则的线性矩阵不等式表示[J].自动化学报,2004,04:523-529.
[8]赵蓉.收入不平等的分解度量及实证分析[D].天津财经大学,统计学,2012,硕士.
[9]张磊.北宋时期西北战场军事后勤保障研究[D].东北师范大学,中国古代史,2012,硕士.
[10]宋飞飞.相位中心机器人同步控制技术研究[D].南京航空航天大学,系统工程,2012,硕士.
[11]刘伟红.黄土丘陵区露天煤矿复垦土壤有机碳的变化特征及影响因素[D].中国地质大学（北京）,资源管理工程,2014,硕士.
[12]李姝.黏菌代表种的个体发育相关基因表达及系统发育关系研究[D].吉林农业大学,中药学,2012,硕士.
[13]孙婷婷.小学数学教师培训内容有效性的研究[D].首都师范大学,课程与教学论,2014,硕士.
[14]李真真.青虾保幼激素环氧水解酶基因全长cDNA的克隆及时空表达分析[D].南京农业大学,渔业,2012,硕士.
[15]陈培颖.线性多变量时滞系统的鲁棒整定策略与解耦方法研究[D].上海交通大学,2007.
[16]刘晓叶.论保定作家群对“十七年”电影创作的影响[D].河北大学,广播电视艺术学,2014,硕士.
[17]韩晓园.基于共轭有机物和无机物纳米材料异质结太阳能电池的制备及表征[D].苏州大学,2013.
[18]姜颖.朝鲜韩国文体论研究的对比研究[D].复旦大学,外国语言学及应用语言学,2012,博士.
[19]杨少敏.工程项目管理中的信任模式研究[D].西安建筑科技大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[20]申俊泽.基于FPGA的基础生理参数移动监护研究与实现[D].东北石油大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[21]王刚.陕西省人力资本与经济增长关系研究[D].西北大学,西方经济学,2014,硕士.
[22]肖文.高超声速飞行器横侧向耦合控制技术研究[D].南京航空航天大学,导航制导与控制,2014,硕士.
[23]陈小虎.城市再生水项目PPP融资模式应用及风险研究[D].西安建筑科技大学,项目管理,2013,硕士.
[24]林佳.类石墨相碳化氮的合成及其在乳腺癌肿瘤标记物检测中的应用[D].福建医科大学,药物分析学,2014,硕士.
[25]方浩.基于服装微气候监测的电子服装[D].武汉纺织大学,物理电子学,2014,硕士.
[26]张阳阳.不同地区不同茧丝结构的研究[D].浙江理工大学,纺织材料与纺织品设计,2014,硕士.
[27]贺春林,滕云.基于网络的办公自动化[J].四川师范学院学报(自然科学版),2003,01:66-69.
[28]国九英,周兴元.二维及三维地表一致性相位校正[J].石油地球物理勘探,1995,03:345-350+442.
[29]刘小花.时效处理对超级奥氏体不锈钢组织性能的影响[D].西安建筑科技大学,材料加工工程,2013,硕士.
[30]公丽芹.F电子公司销售部管理沟通对策研究[D].大连理工大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[31]孔叶琳.安全生产地方性立法问题研究[D].中国矿业大学,经济法学,2014,硕士.
[32]喻霞.论伊什梅尔·里德《逃往加拿大》中的后现代主义和幽默元素[D].广东外语外贸大学,英语语言文学,2013,硕士.
[33]陈亮亮.种植密度和施氮量对粮饲兼用玉米产量和饲用品质的影响[D].甘肃农业大学,作物栽培学与耕作学,2013,硕士.
[34]曾凡涛.基于改进LBP特征的图像理解[D].吉林大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[35]陈裕雲,李顺利,兰亚乾,戴志晖.一步合成PPy-POM/RGO介孔三元杂化材料用于超级电容器电极材料[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——第24分会：化学电源[C].中国化学会:,2014:1.
[36]魏叶霞.《子不语》双音词研究[D].山西师范大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[37]王魁.轨道几何检测系统设计与实现[D].东北大学,计算机技术,2011,硕士.
[38]张菁.企业应用精益思想的战略与策略[D].对外经济贸易大学,工商管理,2004,硕士.
[39]夏新.闭式地表水源热泵在合肥地区季节性应用研究[D].安徽建筑大学,市政工程,2013,硕士.
[40]李艳军.贸易开放与我国经济增长的绿色效率：1986-2010[D].山东大学,世界经济学,2013,硕士.
[41]计旭东.壁立千仞,海纳百川,雄伟秀丽,端庄高雅——论山东大学威海分校教学主楼的文化特色[J].华中建筑.2004(06)
[42]田家健.改进PSO算法在热轧卷取机张力控制中的应用研究[D].东北大学,控制理论与控制工程,2010,硕士.
[43]曲玉强,王文喜.烟台市污水深海排放工程[J].环境导报.2002(04)
[44]姚瑶.石油降解菌的筛选及其环己酮代谢途径研究[D].南京农业大学,海洋生物学,2012,硕士.
[45]王亚平,王鹏.三维测量软件系统中坐标系的建立[J].工具技术.2004(10)
[46]金松丽.槽孔管在细粒尾矿坝控制浸润线中的应用研究[D].北方工业大学,岩土工程,2013,硕士.
[47]刘丽娟,李天元.国外旅游目的地品牌化研究现状与分析[J].人文地理,2012,02:26-31.
[48]江海昌.罪刑法定视野中的单位犯罪研究[D].华东政法学院,刑法学,2003,硕士.
[49]卢宽辉.程某信用卡诈骗案的案例分析[D].兰州大学,刑法学（专业学位）,2013,硕士.
[50]岑礼昌.双向可控硅交直流多用调压装置[J].冶金自动化,1980,03:57-60.