Page 75 - 理化检验-物理分册2021年第四期

刘丽玉, 等: 某发动机涡轮叶片缘板掉块原因

受力情况选择合适的小角度晶界控制标准, 对单晶
高温合金的工程应用具有重要的意义。
某发动机当试车进行到 186h 时, 其高压涡轮

叶片缘板处出现掉块, 叶片材料 为镍基单晶合金。
分解后进行荧光检测, 发现其他多片叶片在缘板位
置出现裂纹。笔者对叶片缘板出现掉块和裂纹的原
因进行了分析, 并研究了叶片掉块及其裂纹与小角
度晶界值的相关关系, 确定了该型叶片合适的小角
度晶界的角度控制标准。

1 理化检验

1.1 宏观分析
叶片掉块处位于叶盆侧缘板, 断裂走向曲折, 大
致呈现月牙形轮廓, 如图 1 所示。叶片缘板下表面
在掉块附近位置存在与阻尼块的挤压痕迹( 此型叶
片结构通过两叶片缘板下方伸根段间的阻尼块摩擦
阻尼), 此外, 叶盆侧缘板可见明显沿叶高方向由下 图 2 掉块叶片缘板挤压及变形痕迹

Fi g 2 Extrusionanddeformationmarksofed g e
往上的弯曲变形, 如图 2 所示。

p lateoffallin gblockblade

a extrusionmarksonthelowersurfaceofed g e p late

b deformationmarks

图 1 叶片缘板掉块宏观形貌

Fi g 1 Macromor p holo gy ofbladeed g e p latefallin gblock
荧光检测同台发动机其他叶片, 结果数件叶片
图 3 叶片裂纹宏观形貌
在相同位置均出现裂纹, 裂纹出现在叶片下表面, 有
Fi g 3 Macromor p holo gy ofbladecracks
些未完全穿透至缘板上表面, 如图 3 所示。且出现
呈现从黄绿色到蓝色不等的高温氧化色。断口粗
裂纹叶片缘板下表面上可见与阻尼块挤压 接触痕
糙, 且整体呈现沿厚度方向的树枝状的枝晶轮廓, 为
迹, 缘板可见由下往上明显的弯曲变形, 这些痕迹特
典型的枝晶断裂形貌。裂纹叶片断口形貌与掉块叶
征与掉块叶片相似, 如图 4 所示。
片断口形貌类似, 如图 6 所示。在扫描电镜下对断
1.2 低倍观察 口进行微观分析, 两个断口均氧化严重, 低倍下呈现
将有裂纹叶片缘板表面用砂纸轻轻抛磨后, 用体 沿树枝晶界面断裂轮廓, 高倍下为颗粒状的氧化皮

积比5∶1~10∶1 的盐酸双氧水溶液进行腐蚀。低倍
特征, 如图 7 所示。
观察叶片缘板上表面经腐蚀后有小角度晶界显现, 两
侧有因角度差形成的明显反光现象; 对应位置的缘板 2 分析与讨论
下表面裂纹沿小角度晶界开裂并曲折扩展( 裂纹未穿 2.1 失效性质及失效原因
透至上缘板), 如图 5 所示。可见叶片缘板裂纹沿着 叶片掉块和裂纹出现在叶盆侧缘板处, 自缘板
缘板的小角度晶界自缘板下表面起源扩展。 下表面起源扩展, 此处可见阻尼块与缘板作用的挤
1.3 断口分析 压接触痕迹, 同时缘板出现自下而上的宏观变形; 掉
在体视显微镜下分析掉块叶片断口, 可见表面 块断口与打开的裂纹断口特征相似, 断口粗糙, 宏观
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