Page 77 - 理化检验-物理分册2021年第一期

石凤仙, 等: 镍基单晶合金涡轮叶片开裂原因

裂纹位置及宏观形貌如图 1b ) 中标记 2 所示。
1.2 断口分析
对于上述两种裂纹, 分别打开并 清 洗 断 口, 在

Si g ma500 型扫描电镜( SEM ) 下进行观察。
进气边叶根裂纹断口的宏观形貌如图 2 所示,
可见断口比较平坦, 裂纹均呈多源线源形式由气膜
孔内壁起始, 向叶片基体扩展, 如图 2a ) ~b ) 标记所
示; 由于扩展方向不同, 不同的裂纹源扩展后汇合,
形成台阶状断口, 如图 2c ) 所示; 裂纹扩展区可见清

图 1 叶片裂纹的宏观形貌示意图 晰的扩展棱线和疲劳条带, 如图 2d ) 所示。
榫头伸根断口也比较平坦, 裂纹由榫头缘板加
Fi g 1 Schematicdia g ramofmacromor p holo gy ofbladecracks

a bladerootcracks b bladerootstretchsectioncrack 强筋圆弧面亚表面起始, 向榫头内部扩展, 如图 3a )
伸根裂纹位于排气边榫齿面第一榫齿上方及缘板加 所示; 裂纹源区发现疏松缺陷, 裂纹扩展区可见清晰
强筋圆弧界面上, 沿与叶片轴向呈 45° 角方向扩展, 的扩展棱线, 如图 3b ) 所示。

图 2 进气边叶根裂纹断口 SEM 形貌

Fi g 2 SEM mor p holo gy offractureofinletbladerootcrack

a overallmor p holo gy offracture1-1 b overallmor p holo gy offracture1-2 c mor p holo gy ofcracksourcearea d mor p holo gy ofcrack g rowtharea
1.3 金相检验
分别在两种裂纹附近截取金相试样, 经机械研 2 分析与讨论
磨、 抛光和浸蚀后, 在 AxioIma g erM2m 型光学显 从叶根气膜孔金相检验结果可以看出, 气膜孔内

微镜下 对 抛 光 态 和 浸 蚀 态 试 样 的 显 微 组 织 进 行 壁有多处小缺口, 存在应力集中现象, 在高周振动疲
观察。 劳试验中, 裂纹容易在气膜孔内壁萌生和扩展, 从叶
叶片叶根气膜孔的抛光态形貌如图 4 所示, 可 根断口形貌可以看出, 进气边叶根裂纹均呈多源线源
见气膜孔内壁存在多处小缺口。叶片叶根裂纹及榫 形式由气膜孔内壁起始, 向叶片基体扩展。叶片的开
头伸根裂纹附近的显微组织形貌如图 5 所示, 可见 裂由裂纹萌生、 稳定扩展和瞬断 3 个阶段组成, 呈多
其显微组织正常, 主 要 由 γ+γ'+ ( γ+γ' ) 共 晶 组 源开裂特征。扩展初期, 在较大振动应力作用下, 裂

成, 除局部疏松外, 未见其他明显缺陷。 纹呈现多源线源起始特征, 断口与主应力方向垂直,
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