高强度钢FV520B-I被广泛用于压缩机叶片的生产与制造,叶片也是设备发生故障比较集中的位置,疲劳寿命要求达到109以上,属于超高周疲劳范围。大量的疲劳实验证明,在零部件实际的使用过程中,内部夹杂物是引起超高周疲劳失效的主要原因,随着循环载荷的不断作用,内部非金属夹杂物导致疲劳裂纹萌生并扩展,使得FV520B-Ⅰ的疲劳性能降低,最终发生破坏。这种破坏是不可逆的,并且没有任何征兆,将会造成极大的危害。然而目前尚未建立针对FV520B-Ⅰ的超高周疲劳寿命预测模型,相关数据也十分匮乏。因此首先明确离心压缩机工作时的受力情况,分析FV520B-Ⅰ的疲劳性能、疲劳强度,建立一个针对存在内部非金属夹杂物情况的FV520B-Ⅰ的疲劳寿命的预测模型是一个重要的研究课题。本文首先针对大型离心压缩机在实际工况中的三种工作状态进行了定性的模拟分析。结果发现在叶片前端与盖盘和底盘的接触位置应力较大,属于发生疲劳失效的危险位置。然后采用超声疲劳系统对FV520B-Ⅰ试件进行了疲劳试验,得到了疲劳寿命等实验数据。采用扫描电镜显微镜和光学显微镜对试件断口进行观察,并测量夹杂物尺寸,以实验应力幅值与疲劳寿命为基础得到FV520B-Ⅰ的S-N曲线,为后续疲劳寿命预测模型的建立打下基础。观察发现明显的GBF (Granular Bright Facet)区和“鱼眼”区特征,表明了在超高周疲劳情况下内部夹杂物与氢元素对疲劳性能的影响。以断裂力学为理论基础,根据已有的比较成熟的理论,将夹杂物等效为疲劳裂纹处理,根据应力强度因子与应力强度因子幅值的关系,建立了疲劳强度与夹杂物尺寸的关系。结合氢元素以及应力比r对疲劳强度的影响,对疲劳强度进行了修正,修正后的模型与实验结果相吻合。最后在经典微观位错、能量理论和Paris公式的基础上,将疲劳裂纹萌生寿命模型和扩展寿命模型进行整合,确定了基于内部夹杂物的超高周疲劳寿命预测模型。根据疲劳实验数据对模型中与材料相关的参数进行了拟合,得到了针对FV520B-I的疲劳寿命预测模型,并将实验数据与预测结果进行了比较,误差均在可以接受的范围。该模型以夹杂物尺寸为变量,考虑了氢元素以及应力比的影响,因此可以用于FV520B-I存在内部非金属夹杂物情况下的疲劳寿命预测。对FV520B-I的疲劳特性的研究是一项理论上有难度、实践性很强,同时又具有重要的社会意义和经济价值的工作。