热载荷对身管内膛铬层开裂与剥落的影响研究

• 作 者: 陈学军
• 机 构: 中国科学院力学研究所
• 出 处: 中国科学院力学研究所
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 电镀铬管

电镀铬是提高身管寿命的常用措施，延长铬层的服役时间是其成功应用的关键。在工况条件下，身管铬层的主要失效形式为开裂与剥落，热作用是其主导原因。然而，目前对其基本规律的研究尚不充分。本文利用相似理论、传热学和计算固体力学，对某型号镀铬身管的瞬态温度场及热应力场做了数值模拟，深入探索了热作用下身管铬层表面裂纹扩展驱动力和铬层沿界面剥落驱动力的影响因素及影响规律。主要研究结果概括如下：　　
⑴确定了影响身管温度场和热应力场的无量纲数。其它条件相同时，增加涂层的热传导系数和/或热扩散系数，内壁温升幅度下降；提高涂层热膨胀系数和/或降低涂层弹性模量能提高其抗开裂能力。　　
⑵铬层表面裂纹驱动力的极大值出现在热稳态之前，而非热稳态之后。增加表面裂纹密度能降低其扩展驱动力。减小热对流强度不仅能降低裂纹扩展驱动力，而且能延缓其极值发生。　　
⑶界面拉应力是铬层剥落的主导原因。其它条件相同时，增大涂层表面裂纹密度、热膨胀系数和/或弹性模量能降低界面拉应力。　　
⑷以CO2激光辐照镀铬样品，成功再现了实际身管铬层失效的基本特征，进一步证实了热影响对铬层的开裂与剥落的重要作用。实验结果还表明：增大铬层初始表面裂纹密度能提高其抗剥落能力，符合理论预测。