大型离心压缩机在我国具有广泛的工业应用背景,是一种重要的能源转换装置。由于其工况的复杂多变,使得叶轮叶片在高速旋转过程中承受的动载荷不均匀性增加,导致叶片很容易发生疲劳失效。考虑到压缩机叶轮结构复杂,成本高昂,可替代性差,从节省能源和降低成本的角度出发,叶轮再制造成为一种必然要考虑的途径。为了对叶轮再制造提供理论依据,需要掌握叶轮叶片的力学特性及其疲劳性能。然而由于离心压缩机的服役寿命长达十多年,其叶片的疲劳属于超高周疲劳的范畴,国内目前关于叶轮超高周疲劳的研究较少,尤其针对叶片常用材料FV520B-I高强度钢超高周疲劳寿命预测的研究更是如此。因此,为了对叶轮再制造提供理论依据,对叶轮叶片的力学特性及FV520B-I高强度钢的超高周疲劳特性进行了研究。文章首先利用流体分析软件Fluent对叶轮在三种不同工况下叶片的动载荷及应力进行了分析,确定了气流扰动对叶片平均应力及应力幅的影响,解释了叶轮疲劳失效多发的原因。并利用应力分析结果,结合断裂损伤力学,对裂纹尖端的应力-位移场及应力强度因子进行了计算,明确了裂纹的危险位置及主要类型。之后以叶轮材料FV520B-I高强度钢为研究对象,进行了超声疲劳试验,对叶轮超高周疲劳破坏的机理进行了讨论,分析了内部非金属夹杂物等微观形貌尺寸对疲劳性能的影响,并对FV520B-I高强度钢在109次的疲劳极限进行了预测。此外,结合经典的疲劳寿命模型和疲劳相关理论,综合考虑裂纹萌生和裂纹扩展两个阶段,推导出了FV520B-I高强度钢的超高周疲劳寿命预测模型,与试验结果的对比表明了模型的合理性。最后,综合考虑现有的再制造评价指标对叶轮进行了可再制造性评价。通过本文的研究,对压缩机叶轮材料的超高周疲劳特性有了更好的认识,这对于叶轮再制造具有很好的参考价值。