水室封头作为核岛核电站蒸汽发生器的重要零件,其加工主要方式为重型铣削,材料为高强度508III钢,具有塑性、硬度、强度较高等特点。硬质合金刀具材料属于脆性材料,刀具在制备中存在的初始损伤和切削过程中造成的损伤缺陷,在高温、高压及循环载荷的作用下,内部的微缺陷持续累积和萌生并引起宏观裂纹出现,导致刀具疲劳失效严重,降低刀具寿命及加工效率。针对以上问题,进行铣削高强度钢硬质合金刀具疲劳失效实验研究与仿真分析。首先,进行铣削高强度钢加工实验,分析刀具疲劳破损形貌,确定刀具主要失效方式;分析硬质合金刀具材料微观结构,获得在异相界面与初始裂纹处两种裂纹形核方式;从循环载荷、温度两个方面对刀具材料裂纹扩展进行分析,为硬质合金刀具的疲劳失效研究提供理论依据。其次,对硬质合金刀具材料损伤参数进行研究,并建立硬质合金刀具材料疲劳损伤模型;对硬质合金刀具材料进行高温力学性能试验与仿真分析并进行对比,分析刀具材料性能随温升的变化趋势并基于Open CV对试件断口裂纹进行检测,为硬质合金刀具材料疲劳损伤演化的研究提供理论参考。进而,对刀具材料微细观损伤进行探究,确定刀具材料损伤演化和形成的过程;对硬质合金刀具材料进行三点弯曲裂纹扩展试验与仿真分析,获得裂纹扩展速率与应力强度因子幅值变化趋势及裂纹长度和循环次数的关系,建立裂尖能量随时间的变化曲线及疲劳损伤演化曲线,为硬质合金刀具材料疲劳寿命的研究提供技术支持。最后,对三种类型裂纹尖端的位移场和应力场进行分析,结合应力强度因子建立硬质合金刀具材料断裂判据;从硬质合金刀具材料模型宽度、预制裂纹长度、施加载荷等方面探究裂纹扩展时刀具材料应力强度因子的变化规律;进行硬质合金刀具材料单条、多条裂纹的动态扩展模拟分析,为硬质合金刀具材料疲劳裂纹的研究提供技术参考。