核电站在服役期间,蒸汽发生器中的传热管是在极端复杂环境下服役的。蒸汽发生器系统内部的流致振动(Flow-Induced Vibration,FIV)是不可避免的,传热管在其服役过程中存在着多种模式的摩擦磨损,包含:冲击磨损、切向磨损及各种复合式磨损。如果蒸汽发生器中的传热管损伤严重,会造成核泄漏和冷却液被污染等严重问题,严重缩短核电站的服役寿命。本文以传热管受微幅冲击磨损破坏为关注点,采用新型冲击磨损试验机,研究了支撑角度、压应力、管长、循环次数、初始动能等试验参数对304不锈钢和690合金薄壁管冲击磨损行为的影响。另外对690合金采用超声波表面滚压纳米化处理,对比了纳米化表面和原始表面在冲击作用下的损伤行为。试验时对冲击过程中的接触力学响应、能量耗散等瞬态响应的数据进行实时采集和分析,试验后利用光学显微镜、SEM、EDX、EBSD、三维形貌仪等测试设备对磨痕分析,系统研究传热管在不同参数下的冲击磨损机制。得出以下主要结论:(1)研究了不同支撑角度对304不锈钢薄壁管冲击磨损的影响。研究结果发现:随着支撑角度的增大,304不锈钢薄壁管试样的形变量和冲击接触时间增大,而接触力峰值、能量吸收减小。通过对磨痕微观分析可以发现,当支撑角度增大时材料的磨损程度减小,304不锈钢管的冲击磨损机制是以疲劳剥落为主。(2)分析了压应力对690合金薄壁管冲击磨损行为的影响。研究发现压应力的大小对材料动力学响应和磨损有着较大的影响。随着压应力的增大,管的冲击形变量减小,然而冲击接触力峰值与磨痕面积增大。同时发现能量吸收率随着预应力的增大而减小,当预加载荷达到1000N以后,能量吸收率达到某个阈值时,不再减小。690合金薄壁管的冲击磨损机制主要是疲劳剥落,存在一定的氧化磨损。(3)使用超声波滚压纳米化技术(Ultrasonic surface rolling processing,USRP)对690合金薄壁管表面实施纳米化处理,进行冲击磨损试验。并与未处理表面进行对比分析。结果表明,滚压纳米化使材料表面的晶粒得到细化,纳米硬化层的厚度大概在300μm~400μm之间。与原始材料对比,在相同冲击磨损参数下,峰值接触力增大,材料耐磨性增加。这是由于纳米硬化层有利于提高材料表面的局部硬度和结构刚度,直接减少用于材料磨损的能量,从而减小了纳米化试样的磨损程度。材料表面纳米化可提高材料表面的耐磨性、硬度、抗接触疲劳性能。