60年代以来,Incone1718合金空心“O”形环作为密封元件由于其压缩量大、预紧力小、回弹密封性能好而在核反应堆中得到了广泛的应用。但“O”形环在服役过程中要承受高温、高压及微幅加、卸载循环的恶劣工作环境,所以有必要对“O”形环的压扁-回弹特性、疲劳性能、棘轮效应等进行系统的研究,以确保核反应堆密封的可靠性。 在试验基础上,本文主要开展了以下几方面的工作: 通过研究加载历史、压缩比、温度及升温方式等因素对Incone1718合金“O”形环回弹量的影响,发现:先前低压缩比的加载历史对后继高压缩比的回弹量没有明显影响:当压缩比λ∈(2%,30%)时,回弹量与压缩比呈对数律关系,当压缩比λ>30%时,压缩比的增大将导致回弹量的减小;温度对回弹量有一定的影响,但在温度超过200℃后,这种影响将趋弱;不同加温方式对“O”形环回弹量的影响较为明显,因此必须考虑服役过程中周围构件热膨胀而导致的压缩比超标,最终将影响“O”形环的实际回弹量。 对Incone1718合金“O”形环进行了常温、高温的疲劳试验研究并对承受位移-载荷交互循环加载的部分疲劳试样进行了金相显微组织与SEM断口形貌观察。疲劳试验研究表明:在载荷循环控制下,试样由于出现循环蠕变而被压溃破坏,幅值线载荷是制约疲劳破坏寿命的独立参量;在位移-载荷交互循环控制下,试样的载荷响应表现为应力松弛并由于出现穿透的宏观裂纹而失效,但其几何形貌保持为初始压扁状态,幅值压缩比是控制疲劳破坏寿命的独立参量;Incone1718合金“O”形环的高温抗疲劳性能优于常温情形。金相微观组织与断口形貌分析显示:循环变形过程中,有大量孪晶形貌出现,晶界上有σ相块状物析出,同时γ′相长大为粗颗粒;疲劳裂纹在试样内侧表面萌生,开裂方式为穿晶断裂;试样断口整体疲劳辉纹的分布是不连续的,但在某个晶粒的局部疲劳辉纹是连续、规则分布的,并伴随有较多的二次裂纹出现;在裂纹扩展区存在解理与疲劳辉纹共生的形貌;由于线切割、表面氧化、离子析出等因素造成断口表面出现了较多的夹杂物。 还对Incone1718合金“O”形环的棘轮现象展开了试验研究,结果表明:该合金为循环稳定材料,其“O”形环结构在非对称循环载荷作用下将产生棘轮效应,而峰值线载荷是控制饱和棘轮变形的主要因素。