氧化对耐热钢蠕变疲劳寿命影响的研究进展.pdf

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1、第　46　卷　　　　　第　6　期化工技术与开发Vol.46　　　　　No.62017　年　6　月Technology　　&　Development　of　Chemical　IndustryJun.2017综述与进展氧化对耐热钢蠕变疲劳寿命影响的研究进展崔　璐，宋冬行，张吉鼎(西安石油大学机械工程学院，陕西　　西安　　710065)摘　要：汽轮机转子等高温部件，长时间受到高温载荷作用，会产生蠕变疲劳损伤，严重危害机组的安全运行。通常，人们认为高温氧化膜的形成减缓了疲劳裂纹的萌生和扩展，具有良好的保护性。可有些学者却发现了相反的结果，真空或惰性气体

2、下的蠕变疲劳性能要比空气中有氧存在时好，高温下更是如此。本文主要综述了高温氧化蠕变疲劳寿命的影响因素，以及高温氧化环境下蠕变疲劳损伤的机理。关键词：蠕变疲劳；高温氧化；损伤机理中图分类号：TG　142.73文献标识码：A　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　文章编号：1671-9905(2017)06-0031-03社会经济的不断发展，对能源的需求量不断增抗氧化性能。本文综述了高温氧化对金属材料蠕变加，目前我国能源还主要来源于煤炭等矿物质燃料疲劳损伤机理的相关研究情况，为高温构件的实际[1]的火电厂。由我国国情出

3、发，发展超临界乃至超运行工况提供理论依据。超临界机组是我国洁净煤发电技术的必然，也是解1　高温氧化对蠕变疲劳寿命的影响决能源短缺和环境污染等问题最为有效和现实的途[2-3]径。汽轮机转子是整个机组中最为关键的部位，关于高温氧化对蠕变疲劳寿命的影响有不同的它不仅受到自重、蒸汽压力和离心力等载荷作用，而说法，有部分学者认为，氧在裂纹的尖端起楔子的作且在频繁启停机的过程中，易受到高温变化所引起用，加速了疲劳裂纹的扩展。也有人从锐化钝化机的瞬态热应力和交变热应力，疲劳蠕变载荷相互叠理方面考虑，认为真空中的裂纹更易扩展，因为裂纹加作用在转子的关键部位，使

4、该部位产生裂纹。疲尖端在每一个周期内都始终保持着锋利的状态，比劳裂纹的萌生和扩展是部件的寿命评估和完整性的较容易产生应力集中，而在大气等有氧环境下可以决定因素。转子部件一旦发生断裂，不仅会造成经形成氧化膜，在裂纹尖端不易产生锐化，使应力集中济损失还会造成非常大的危害，甚至损毁整个机组。现象有所缓解，氧化层的形成可以延缓疲劳裂纹的[6]发展超临界和超超临界机组的关键在于高温部件材扩展，增大了蠕变疲劳寿命。料的研发，特别是高温部件转子钢的研制，这不仅需一般情况下氧化对合金的影响并不大，但随着要研发出新的材料，还需要进一步探索复杂工况下温度的升高和时

5、间的延长，受到大气侵蚀和氧化作[4]材料的损伤机理。用的影响就变得较为明显了。20世纪60年代，人断裂力学试验通常在空气条件下进行，但是在们发现除金以外的合金元素的循环疲劳寿命在真特定情况下，某些构件内部缺陷不与空气接触，在静空中比在空气中更长，在高温下环境介质可严重影[7]态或循环载荷下，缺陷部位会出现蠕变疲劳裂纹的响蠕变疲劳裂纹的增长速率。真空中的蠕变疲劳萌生和扩展，这些位置通常在材料内部和表面下，因性能要比空气中的高，因为在大气环境下，材料会[5]此不受环境介质的影响。进一步探索高温蠕变疲因为高温氧化而减少有效截面积，在高温下更是如劳的损

6、伤机理，有待于研究材料在真空环境和有氧此。随着温度的上升，构件表面形成的氧化膜会增环境中的力学性能和微观组织结构变化，明确高温厚，氧化物的比重增加使氧化膜的脆性和应力增加，氧化对疲劳裂纹萌生和扩展的影响，以及耐热钢的当超过一定的强度时，氧化膜就容易破裂和剥落，在基金项目：国家自然科学基金（51305348）作者简介：宋冬行(1992-)，男，陕西人，西安石油大学硕士研究生收稿日期：2017-04-1032化工技术与开发　　第46卷长时间的氧化过程中，瞬态热应力和工作热应力的的实验分析得出，真空中的蠕变疲劳断裂主要是由[8]影响就促进了裂纹的产生

7、。郭建亭等系统研究了晶界滑动过程中空洞及微裂纹的堆聚所造成的，然K417合金分别暴露在空气、热腐蚀和真空中的损伤而在含氧介质的试样，裂纹首先萌生在表面上，在拉机理，发现相比于真空，空气环境中的裂纹形核更加应力作用下晶界滑动过程中又会加速大气中氧原子[9]容易。S·弗洛里认为裂纹尖端的氧化物生长所沿晶界向内扩散，使晶界附近产生贫化区，局部区域产生的应力也可能加速了裂纹的增长。谢少雄等研中形成粗大氧化物及楔块状裂纹，使晶界胶结力下究发现，氧化膜周围有空洞产生，促进了疲劳裂纹在降，这就使得真空中的断裂塑性高于大气环境中。[10]构件表面的形成，空气中

8、的最小蠕变速率大于真[11]3　结语空中，且裂纹数量比真空中的多。此外，与真空或惰性气体相比，空气具有腐蚀性。大多数情况下，高温氧化对耐热钢蠕变疲劳寿