Page 70 - 理化检验-物理分册2023年第二期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202302015

1Cr11Ni2W2MoV 钢高压涡轮轴裂纹形成原因

李 欣, 詹 平, 全琼蕊

( 中国航发航空科技股份有限公司, 成都 610500 )
摘 要: 某1Cr11Ni2W2MoV 钢高压涡轮轴在进行疲劳试验后, 其涡轮轴端面和轴体转接处存

在沿圆周方向的长度为200mm 左右的穿透性裂纹。采用宏观观察、 金相检验、 断口分析等方法分
析裂纹形成的原因。结果表明: 该裂纹性质为疲劳裂纹, 涡轮轴的材料正常, 裂纹产生的主要原因
是涡轮轴的上、 下支撑板轴承安装孔同轴度偏差较大, 导致涡轮轴在疲劳试验过程中呈偏转状态,

最大应力位置发生改变, 在端面和轴体的拐角处产生应力集中, 促使裂纹形成。

关键词: 航空发动机; 涡轮轴; 疲劳寿命; 同轴度

中图分类号: TB31 ; TG115.2 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2023 ) 02-0054-04

Causesofcrackformationin1Cr11Ni2W2MoVsteelhi g hp ressureturbineshaft

LIXin , ZHANPin g Q UANQ ion g rui
,

( AECCAeroScienceandTechnolo gyCo. , Ltd. , Chen g du610500 , China )

Abstract : Afterthefati g uetestofa1Cr11Ni2W2MoVsteelhi g hp ressureturbineshaft , a p enetratin g crack

withalen g thofabout200mmalon g thecircumferentialdirectionexistedattheendfaceoftheturbineshaftandthe

shaftbod y .Thecausesofcrackformationwereanal y zedb y meansofmacrosco p icobservation , metallo g ra p hic

examinationandfractureanal y sis.Theresultsshowthatthecrackwasafati g uecrack , andthematerialofthe

turbineshaftwasnormal.Themainreasonforthecrackwasthatthecoaxialit y deviationofthemountin gholesof

theu pp erandlowersu pp ort p latebearin g softheturbineshaftwaslar g e , whichledtothedeflectionoftheturbine

shaftdurin g thefati g uetest.Themaximumstress p ositionchan g ed , andstressconcentrationoccuredatthecorner

oftheendfaceandtheshaftbod y , whichp romotedtheformationofcracks.

Ke y words : aeroen g ine ; turbineshaft ; fati g uelife ; coaxialit y
1Cr11Ni2W2MoV 钢具有良好的强度、 韧性和 疲劳试验, 涡轮轴结构如图1所示。在完成了1500

一定的抗腐蚀性 [ 1-2 ] , 经常用于航空发动机中600℃ 次低循环、 2×10 次高循环疲劳试验后, 弯矩载荷不
6
下工作的盘件、 叶片和轴等零部件 [ 3-4 ] 。航空发动机 稳定, 加弯轴异常偏转, 试验暂停, 检查轴试验器后,
中的压气机转子轴、 涡轮转子轴等是发动机中传递 发现高压涡轮轴产生裂纹。笔者采用一系列理化检
功率的重要部件, 通常称为主轴, 主轴失效会产生极 验方法分析了裂纹产生的原因, 提出了改进意见。
其严重的后果。由于航空发动机的工作特点, 主轴
需承受扭矩、 轴向力、 弯矩及振动扭矩等多种载荷,
因此对主轴在复合载荷下的疲劳寿命提出了极高要
求 [ 5 ] 。发动机的台架在试车过程中很难实现主轴的
真实工作状态, 通常是设计专门的试验器对主轴施 图1 涡轮轴结构示意
加复合载荷, 以估算其疲劳寿命 [ 6 ] 。 1 理化检验
某型航空发动机的高压涡轮轴在试验器中进行
1.1 宏观观察
高压涡轮轴断裂的特征为: 凸台与轴身拐角处
收稿日期: 2022-04-24

作者简介: 李 欣( 1990- ), 女, 本科, 工程师, 主要从事航空发动
产生穿透性裂纹, 轴体出现了较大扭转变形, 不能将
机材料研究工作, 1162794165@ qq .com
5 4