爆破閥是保障核電站安全的最后一道屏障。拉力螺栓是爆破閥中的重要部件,在嚴(yán)重事故工況或其它有必要緊急泄壓的情況下,通過(guò)引爆爆破單元,產(chǎn)生高壓氣體,使拉力螺栓在預(yù)斷凹槽處被拉斷,隨之閥蓋開(kāi)啟,實(shí)現(xiàn)有效泄壓。但是在核電機(jī)組正常工作時(shí),在正常工作壓力下,拉力螺栓須保持良好的力學(xué)性能,不發(fā)生疲勞失效。超聲沖擊處理(Ultrasonic Impact Treatment)作為一種表面形變強(qiáng)化的新技術(shù),近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外得到了快速發(fā)展和應(yīng)用。目前UIT技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)由單純的焊縫處理開(kāi)始向改善金屬工件表面和次表面性能,提高工件的抗疲勞性能,抗應(yīng)力腐蝕性能和耐磨性能的方向發(fā)展,但通過(guò)超聲沖擊自動(dòng)化操作,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀零部件表面的均勻一致的強(qiáng)化處理還鮮有報(bào)道。本課題以爆破閥拉力螺栓預(yù)斷凹槽為研究對(duì)象,以超聲沖擊為強(qiáng)化手段,應(yīng)用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的特殊超聲沖擊頭專(zhuān)利技術(shù),配合與強(qiáng)化表面相匹配的沖擊針設(shè)計(jì),對(duì)爆破閥拉力螺栓進(jìn)行強(qiáng)化處理,實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜形狀零件—拉力螺栓預(yù)斷凹槽雙曲面的均勻一致的自動(dòng)化表面強(qiáng)化處理。在此基礎(chǔ)上,考察了超聲沖擊振幅、沖擊強(qiáng)化時(shí)間對(duì)強(qiáng)化表面的粗糙度、表面狀態(tài)、金相組織、微觀硬度、殘余應(yīng)力以及疲勞壽命的影響,揭示了超聲沖擊工藝參數(shù)對(duì)復(fù)雜雙曲面表面強(qiáng)化效果的影響規(guī)律,獲得了最佳沖擊強(qiáng)化工藝條件。應(yīng)用優(yōu)化的工藝參數(shù),對(duì)拉力螺栓模擬件進(jìn)行超聲沖擊強(qiáng)化處理,測(cè)定了最佳沖擊工藝條件下拉力螺栓模擬件的拉-拉疲勞極限,繪制了拉力螺栓模擬件沖擊前后應(yīng)力幅值和應(yīng)力循環(huán)周次之間關(guān)系的疲勞S-N曲線,并通過(guò)SEM電鏡觀察了拉力螺栓模擬件預(yù)斷凹槽的疲勞斷口形貌,分析各種沖擊工藝條件下的疲勞斷口形貌特征、疲勞斷裂的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程,揭示了強(qiáng)化工藝與疲勞性能的本質(zhì)聯(lián)系和影響規(guī)律,為疲勞性能的提高提供有效的理論與實(shí)驗(yàn)支持。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果概括為:(1)沖擊振幅相同的情況下,沖擊時(shí)間對(duì)拉力螺栓預(yù)斷凹槽雙曲面表面的強(qiáng)化效果具有飽和效應(yīng),在沖擊時(shí)間逐漸增加至10 min的過(guò)程中,表面粗糙度、表層微觀硬度、顯微組織和殘余應(yīng)力得到逐漸優(yōu)化,基本上在沖擊時(shí)間為10 min時(shí)達(dá)到最佳沖擊效果,而超過(guò)這個(gè)沖擊時(shí)間,沖擊強(qiáng)化效果減弱;(2)沖擊強(qiáng)化過(guò)程中,振幅30μm要比15μm率先達(dá)到?jīng)_擊強(qiáng)化效果的飽和點(diǎn);(3)拉力螺栓預(yù)斷凹槽雙曲面的最佳超聲沖擊工藝參數(shù)為沖擊振幅30μm,沖擊時(shí)間10 min。應(yīng)用優(yōu)化的工藝對(duì)拉力螺栓預(yù)斷凹槽進(jìn)行沖擊強(qiáng)化后,拉力螺栓的疲勞極限提高了11%。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：TM623.8
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 表面形變強(qiáng)化技術(shù)
        1.1.1 滾壓強(qiáng)化工藝
        1.1.2 擠壓強(qiáng)化工藝
        1.1.3 噴丸強(qiáng)化工藝
    1.2 UIT技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 UIT技術(shù)國(guó)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 UIT技術(shù)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 UIT技術(shù)的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用
        1.3.1 超聲沖擊強(qiáng)化技術(shù)的原理
        1.3.2 超聲沖擊強(qiáng)化技術(shù)的特點(diǎn)
        1.3.3 超聲強(qiáng)化沖擊的技術(shù)應(yīng)用
    1.4 課題研究的意義和內(nèi)容
2 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備及研究方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)材料及預(yù)處理
    2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
        2.2.1 超聲沖擊裝置與雕刻機(jī)床
        2.2.2 其它檢測(cè)設(shè)備
    2.3 實(shí)驗(yàn)研究方法
        2.3.1 超聲沖擊工藝參數(shù)的選取
        2.3.2 試樣的檢測(cè)
            2.3.2.1 表面粗糙度測(cè)試
            2.3.2.2 金相組織觀察
            2.3.2.3 顯微硬度測(cè)試
            2.3.2.4 殘余應(yīng)力測(cè)量
            2.3.2.5 滲透探傷檢測(cè)
            2.3.2.6 疲勞強(qiáng)度測(cè)試
            2.3.2.7 掃描電鏡疲勞斷口觀測(cè)
3 超聲沖擊表面強(qiáng)化對(duì)拉力螺栓組織和性能的影響
    3.1 表面粗糙度和微觀形貌分析
    3.2 金相組織觀察與分析
    3.3 顯微硬度測(cè)量與分析
    3.4 殘余應(yīng)力測(cè)量與分析
    3.5 滲透探傷檢測(cè)與分析
    3.6 本章小結(jié)
4 超聲沖擊強(qiáng)化試樣疲勞性能分析
    4.1 引言
    4.2 不同沖擊工藝參數(shù)下疲勞試驗(yàn)結(jié)果與分析
        4.2.1 不同沖擊工藝參數(shù)對(duì)試件疲勞壽命的影響
        4.2.2 不同沖擊工藝參數(shù)下疲勞試件宏觀斷口分析
    4.3 S-N曲線
    4.4 疲勞斷口分析
    4.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝

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