發(fā)布時(shí)間：2019-04-27 03:06

【摘要】：能源已成為嚴(yán)重制約我國經(jīng)濟(jì)與社會(huì)持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略問題,而安全、高效地利用核能則是解決能源問題的重要途徑。核電系統(tǒng)中,蒸汽發(fā)生器是關(guān)鍵設(shè)備之一由于蒸汽發(fā)生器一回路和二回路熱傳導(dǎo)及高溫高壓介質(zhì)流致振動(dòng),使傳熱管與支撐部件之間產(chǎn)生微動(dòng)磨損,導(dǎo)致傳熱管局部損傷甚至破裂,使用壽命降低,危及核電安全。因此,防止蒸汽發(fā)生器傳熱管的破損,提高核電設(shè)備安全性和使用壽命,是核電工程的重大課題。開展不同環(huán)境法向交變載荷下微動(dòng)磨損的試驗(yàn)研究,不僅對(duì)探索特殊工況下的復(fù)雜微動(dòng)損傷機(jī)理具有重要意義,而且也能為核電設(shè)備抗微動(dòng)損傷設(shè)計(jì)及運(yùn)行安全提供理論支持和工程實(shí)踐指導(dǎo)。 基于高精度液壓式微動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī),通過附加徑向電磁激振加載裝置和控制系統(tǒng),成功研制了高溫可控氣氛傳熱管微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置,實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)?zāi)M高溫、可控氣氛及法向交變載荷下的微動(dòng)磨損過程,試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。 本文選用兩種傳熱管(Inconel690和Incoloy800合金),在不同環(huán)境(常溫大氣、高溫大氣、高溫氮?dú)�、純水和堿性去離子水溶液)下,系統(tǒng)地進(jìn)行了微動(dòng)磨損試驗(yàn)。在微動(dòng)運(yùn)行行為分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合光學(xué)顯微鏡(OM)、激光共焦掃描顯微鏡(LCSM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電子能譜(EDX)、X射線光電子能譜(XPS)、X射線衍射(XRD)和原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)等微觀分析手段,系統(tǒng)揭示了傳熱管切向微動(dòng)磨損的運(yùn)行行為和損傷機(jī)理。獲得的主要結(jié)論如下：1.高溫(300℃)、可控氣氛及法向交變載荷下Incone1690合金的微動(dòng)運(yùn)行特性及損傷機(jī)理(1)針對(duì)Incone1690合金,系統(tǒng)研究了在不同環(huán)境法向交變載荷下微動(dòng)的運(yùn)行特性。結(jié)果顯示,微動(dòng)運(yùn)行行為與徑向頻率密切相關(guān),微動(dòng)的Ft-D曲線呈現(xiàn)摩擦力周期波動(dòng)的平行四邊形型特征,微動(dòng)運(yùn)行于滑移區(qū)。(2)在不同環(huán)境條件下,摩擦力的動(dòng)態(tài)變化均可以分為5個(gè)階段,即跑合階段、上升階段、峰值、下降階段和穩(wěn)定階段。環(huán)境溫度和含氧量對(duì)摩擦力產(chǎn)生顯著影響。常溫大氣環(huán)境下的穩(wěn)態(tài)摩擦力比300℃大氣環(huán)境下高,比300℃氮?dú)猸h(huán)境低。(3)Incone1690合金在不同環(huán)境法向交變載荷下的微動(dòng)損傷行為強(qiáng)烈地依賴于載荷、位移幅值、環(huán)境溫度、氣氛及徑向頻率等試驗(yàn)條件。從表面損傷形貌看,徑向頻率和氣氛對(duì)磨屑的形態(tài)、化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)有重要影響；由于交變法向力和切向力的共同作用,微動(dòng)產(chǎn)生疊加效應(yīng),使剝層現(xiàn)象更加突出。在常溫大氣環(huán)境下,Incone1690合金的磨損機(jī)制主要表現(xiàn)為磨粒磨損與剝層。在300℃大氣環(huán)境下,Incone1690合金的磨損機(jī)制主要表現(xiàn)為磨粒磨損、氧化磨損與剝層。而在300℃氮?dú)猸h(huán)境下,Incone1690合金的磨損機(jī)制主要是磨粒磨損與剝層。 2.水及堿性去離子水中Incone1690合金的微動(dòng)運(yùn)行特性及損傷機(jī)理 (1)在滑移區(qū),水及堿性去離子水均具有潤滑作用,降低摩擦系數(shù)。水中的摩擦系數(shù)比堿性去離子水低；摩擦系數(shù)隨介質(zhì)溫度增加而增加。 (2)Incone1690合金在堿性去離子水中,磨損程度除受到位移幅值、載荷影響以外,溫度對(duì)磨損體積有顯著影響。溫度增加,雖然促進(jìn)了聯(lián)氨與溶解氧的吸收反應(yīng),起到了降低氧化腐蝕的作用,但因金屬氧化物的致密性和穩(wěn)定性下降,材料磨損更加嚴(yán)重。Incone1690合金在水中磨損機(jī)制主要表現(xiàn)為磨粒磨損、氧化磨損和剝層,而在堿性去離子水中磨損機(jī)制主要是磨粒磨損和剝層。 3.大氣環(huán)境中Incoloy800合金的微動(dòng)運(yùn)行特性及損傷機(jī)理 (1)載荷、位移幅值、溫度及材料性質(zhì)等對(duì)微動(dòng)的運(yùn)行區(qū)域和損傷行為有重要影響,溫度的變化未對(duì)微動(dòng)運(yùn)行區(qū)域特性產(chǎn)生顯著影響。 (2)在部分滑移區(qū),磨痕呈現(xiàn)環(huán)狀,接觸中心黏著,微滑、輕微的磨損和微裂紋發(fā)生在接觸邊緣的橢圓環(huán)內(nèi);磨損機(jī)制主要表現(xiàn)為輕微的磨粒磨損和微裂紋。 (3)在混合區(qū),在常溫大氣下,接觸中心因強(qiáng)烈的塑性變形,產(chǎn)生顆粒狀的磨屑；隨溫度升高,摩擦氧化效應(yīng)增強(qiáng),易聚集的氧化磨屑覆蓋于接觸區(qū)；溫度升高到400℃,磨痕表面呈現(xiàn)高溫氧化和塑性流變特征；磨損機(jī)制主要是磨粒磨損、氧化磨損與剝層。 (4)在滑移區(qū),在常溫大氣下,材料表面以剝層方式剝離,損傷較為嚴(yán)重；而在高溫大氣下磨痕表面呈現(xiàn)出清晰的層狀結(jié)構(gòu)和塑性流動(dòng)特征；在此區(qū)域磨損機(jī)制主要表現(xiàn)為氧化磨損、磨粒磨損與剝層。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TK172.4;TH117.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2466637