發(fā)布時間：2017-09-20 05:01

  本文關(guān)鍵詞：一種螺栓用鋼高溫力學性能研究

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【摘要】：上海凱士比泵有限公司引進生產(chǎn)的德國CHTC和HG系列高壓給水泵上使用的德國1.6772牌號鋼材完全依賴進口,不僅成本高,而且供貨進度時常不能保證。對此,李培耀等人根據(jù)合金材料成分與性能之間的關(guān)系,以及高壓給水泵對螺栓力學性能的要求,設(shè)計制定了一種高強度高韌性螺栓用鋼的合金成分、冶煉工藝與力學性能[1],并按照我國金屬材料的命名規(guī)則將該材料命名為20CrNi4Mo。研究表明[2],該材料的常規(guī)力學性能均達到或超過德國1.6772牌號鋼材,可以滿足高壓給水泵對螺栓材料常規(guī)力學性能的要求。由于高壓給水泵的實際工況溫度為230℃,這就要求螺栓用鋼還應(yīng)具備優(yōu)良的持久性能、抗高溫蠕變與抗高溫松弛等高溫力學性能。為此本文依據(jù)國家標準,對20CrNi4Mo鋼的高溫力學性能進行了實驗研究。結(jié)果表明,20CrNi4Mo鋼高溫力學性能優(yōu)良,能夠滿足高壓給水泵對螺栓用鋼高溫力學性能的要求。本文的主要工作及成果如下：(1)20CrNi4Mo鋼的短時高溫拉伸試驗結(jié)果如下：各試驗條件下測試結(jié)果均超過了20CrNi4Mo鋼的設(shè)計使用要求。(2)在400℃,應(yīng)力分別為320MPa、380MPa和440MPa的條件下進行蠕變試驗。根據(jù)試驗結(jié)果得到蠕變曲線并計算不同試驗條件下的穩(wěn)態(tài)蠕變速率,分別為2.564×10-11s-1,3.564×10-11s-1,6.781×10-11s-1。利用穩(wěn)態(tài)蠕變速率計算得到400℃條件下的蠕變極限σ1/10000400=707.9MPa。,高于設(shè)計指標σ1/10000400=44MPa。說明20CrNi4Mo鋼具備優(yōu)良的抗蠕變性能,能夠滿足實際使用要求。(3)在400℃,初始應(yīng)力分別為340MPa和320MPa的條件下進行應(yīng)力松弛試驗。根據(jù)試驗結(jié)果利用經(jīng)驗公式外推得到105小時后試樣的剩余應(yīng)力,分別為144.7MPa和134.7MPa。同時計算了不同試驗條件下應(yīng)力松弛第二階段的應(yīng)力松弛速率,分別為4.671×10-11s-1和4.158×10-11s-1。從上述結(jié)果可知試樣的剩余應(yīng)力較大,且應(yīng)力松弛速率較小,說明20CrNi4Mo鋼在400℃條件下的具備優(yōu)良的抗應(yīng)力松弛性能。(4)分別在350℃、400℃及450℃,多種應(yīng)力條件下進行持久強度試驗。20CrNi4Mo鋼在350℃和400℃條件下的持久強度試驗結(jié)果分別為σ18194350=1000MPa和σ13910400=770MPa,均超過了材料的對應(yīng)溫度下的持久強度設(shè)計指標σ104350=775MPa和σ104400=550MPa,說明20CrNi4Mo鋼能夠滿足高壓給水泵對螺栓材料持久性能的要求。根據(jù)試驗結(jié)果對等溫線法及時間—溫度參數(shù)法中的的L-M參數(shù)法、K-D參數(shù)法和M-S參數(shù)法進行了比較分析,分析結(jié)果表明利用L-M參數(shù)法預(yù)測20CrNi4Mo鋼的持久強度最為合理；用L-M參數(shù)法外推得到20CrNi4Mo鋼在230℃條件下服役105小時的持久強度為σ105230=186.21MPa,說明工況溫度下20CrNi4Mo鋼具備優(yōu)良的持久性能,并能長期可靠服役。
【關(guān)鍵詞】：螺栓用鋼 高溫力學性能 蠕變 持久強度 應(yīng)力松弛
【學位授予單位】：上海工程技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.1
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 課題研究背景和意義12
• 1.2 金屬材料的高溫力學性能12-22
• 1.2.1 金屬材料的短時高溫拉伸性能13
• 1.2.2 金屬材料的蠕變13-17
• 1.2.3 金屬材料的持久性能17-19
• 1.2.4 金屬材料的應(yīng)力松弛19-22
• 1.3 持久強度預(yù)測方法簡介22-28
• 1.3.1 等溫線法22-23
• 1.3.2 時間-溫度參數(shù)法23-25
• 1.3.3 最小約束法25-26
• 1.3.4 狀態(tài)方程法26
• 1.3.5 蠕變曲線描述模型26-28
• 1.3.6 多元回歸法28
• 1.4 主要研究內(nèi)容28-30
• 第二章 試驗材料和方法30-34
• 2.1 試驗材料30-31
• 2.2 力學性能測試31-34
• 2.2.1 短時高溫拉伸試驗31
• 2.2.2 蠕變試驗31-32
• 2.2.3 持久強度試驗32-33
• 2.2.4 應(yīng)力松弛試驗33-34
• 第三章 20CrNi4Mo鋼高溫拉伸、抗蠕變及抗松弛性能研究34-47
• 3.1 20CrNi4Mo鋼的短時高溫拉伸性能34-35
• 3.2 20CrNi4Mo鋼抗蠕變性能的研究35-40
• 3.2.1 穩(wěn)態(tài)蠕變速率的本構(gòu)方程及其計算35-37
• 3.2.2 20CrNi4Mo鋼的抗蠕變性能37-39
• 3.2.3 應(yīng)力對 20CrNi4Mo鋼蠕變行為的影響39
• 3.2.4 蠕變應(yīng)力指數(shù)的確定39-40
• 3.2.5 20CrNi4Mo鋼的蠕變變形機制40
• 3.3 20CrNi4Mo鋼抗應(yīng)力松弛性能的研究40-43
• 3.3.1 應(yīng)力松弛試驗結(jié)果40-41
• 3.3.2 20CrNi4Mo鋼抗應(yīng)力松弛性能的評價41-43
• 3.4 20CrNi4Mo鋼蠕變速率與應(yīng)力松弛速率之間的關(guān)系43-45
• 3.5 本章小結(jié)45-47
• 第四章 20CrNi4Mo鋼持久性能的研究47-59
• 4.1 持久強度試驗結(jié)果47-48
• 4.2 使用外推法求持久強度應(yīng)注意的問題48
• 4.3 持久強度試驗結(jié)果的數(shù)據(jù)處理48-55
• 4.3.1 等溫線法48-50
• 4.3.2 時間一溫度參數(shù)(T.T.P)法50-55
• 4.3.2.1 Larson-Miller(L-M)參數(shù)法50-53
• 4.3.2.2 K-D參數(shù)法53-54
• 4.3.2.3 M-S參數(shù)法54-55
• 4.4 數(shù)據(jù)處理結(jié)果的分析及討論55-58
• 4.4.1 20CrNi4Mo鋼持久強度的預(yù)測55-56
• 4.4.2 外推結(jié)果可靠性的分析56-57
• 4.4.2.1 等溫線法可靠性的分析56-57
• 4.4.2.2 L-M參數(shù)法可靠性的分析57
• 4.4.3 20CrNi4Mo鋼持久性能的評價57-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 總結(jié)與展望59-61
• 附錄61-62
• 參考文獻62-66
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果66-67
• 致謝67-68

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本文編號：886030