Page 74 - 理化检验-物理分册2021年第四期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202104015

某发动机涡轮叶片缘板掉块原因

刘丽玉 1 , 2 , 3 , 4 ,张 剑 ,熊继春 ,陈 俊 1 , 2 , 3 , 4

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( 1. 中国航发北京航空材料研究院,北京 100095 ; 2. 航空材料检测与评价北京市重点实验室,北京 100095 ;

3. 航空工业失效分析中心,北京 100095 ; 4. 中国航空发动机集团检测与评价重点实验室,北京 100095 )
摘 要: 某发动机涡轮叶片在试车过程中缘板处出现掉块和裂纹。采用宏观分析、 低倍腐蚀、 断
口分析等方法对涡轮叶片缘板处的掉块原因进行了分析。结果表明: 涡轮叶片缘板出现掉块和裂
纹性质为持久断裂失效, 涡轮叶片缘板裂纹产生原因与缘板位置小角度晶界角度过大有关。建议
将此型涡轮叶片的小角度晶界技术条件要求由不大于 8° 提高到不大于 6° 。

关键词: 涡轮叶片;缘板;掉块;小角度晶界

中图分类号: V232.4 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2021 ) 04-0058-05

Fallin gBlockCausesofTurbineBladeEd g ePlateinanEn g ine

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LIULi y u 1 , 2 , 3 , 4 , ZHANGJian , XIONGJichun , CHENJun 1 , 2 , 3 , 4

( 1.AECCBei j in g InstituteofAeronauticalMaterials , Bei j in g100095 , China ;

2.Bei j in gKe yLaborator yofAeronauticalMaterialsTestin gandEvaluation , Bei j in g100095 , China ;

3.AVICFailureAnal y sisCenter , Bei j in g100095 , China ;

4.Ke yLaboratar y ofAeronauticalMaterialsTestin gandEvaluation , AeroEn g ineCor p orationofChina , Bei j in g 100095 , China )

Abstract : Durin g thetestrunofanen g ineturbineblade , somefallin gblocksandcracksa pp earedattheed g e

p late.Macroanal y sis , macrocorrosionandfractureanal y siswereusedtoanal y zethecausesforthefallin gblockat

theturbinebladeed g e p late.Theresultsshowthatthe q ualit y ofturbinebladeed g e p latefallin gblockandcrackwas

p ermanentfracturefailure , andthecauseofturbinebladeed g ep latecrack wasrelatedtothean g leoflow-an g le

g rainboundar yated g ep late wastoolar g e.Itissu gg estedthatthetechnicalre q uirementsforlow-an g leg rain

boundar yofthisturbinebladeshouldberaisedfromnomorethan8°tonomorethan6°.

Ke y words : turbineblade ; ed g ep late ; fallin gblock ; low-an g leg rainboundar y
单晶高温合金作为现代先进发动机涡轮转子叶 的晶界, 相比于大角度晶界, 小角度晶界不易引起位
片用材得到广泛应用, 其主要原因在于消除了晶界, 错塞积, 故应力、 应变更易协调, 但是小角度晶界的
尤其是消除了垂直于应力轴方向的横向晶界, 因此 存在仍会对合金性能产生不利的影响 [ 3-6 ] 。尤其在
在高温下晶界不再成为裂纹源。消除晶界改善了合 高温环境下, 小角度晶界会导致晶体变形不均匀, 加
金强度和塑性, 提高了持久强度, 使单晶高温合金具 速变形速率及蠕变裂纹的形成而成为孔洞和裂纹
有优异的高温性能 [ 1-2 ] 。对于一个不应含有任何晶 源, 导致叶片出现提前失效 [ 7 ] 。由于涡轮叶片结构
界的完整晶粒来说, 在常规合金中正常存在的晶界 复杂, 定向凝固过程中温度场、 溶质场不稳定, 不可
则成了单晶高温合金的冶金缺陷。单晶高温合金中 避免地会形成小角度晶界 [ 8 ] 。在实际应用中, 允许
晶界的缺陷有两种, 一种是大角度晶界( 包括再结晶
存在小于一定角度的小角度晶界。小角度晶界对不
缺陷、 雀斑、 斑马晶等); 另一种是小角度晶界( 包括
同服役条件下或者不同形式下的性能影响也不一
条带等)。小角度晶界一般指晶界取向差小于 10°
样, 与晶界角度大小 也相关 [ 9 ] 。因 此, 在 工 程 应 用
中, 针对这类缺陷需要制定技术条件要求或者标准。
收稿日期: 2020-06-10
作者简介: 刘丽玉( 1983- ), 女, 高级工程师, 主要从事金属材料 标准过严, 导致合格率过低, 造成过度浪费; 标准过
失效分析工作, liuli y u@ y ahoo.cn 松, 会导致零件提前失效。所以根据零件服役环境、
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