Page 80 - 理化检验-物理分册2023年第二期

田 浩, 等: 某发动机压气机三级转子叶片断裂原因

线收敛方向可判断, 疲劳起源于叶片叶盆侧靠近进

气边处, 距离进气边约 0.8mm , 具有点源特征, 源
区颜色发黑, 经清洗后可见凹坑, 疲劳源区对应侧表
面未见异常机械损伤( 见图3 )。

图1 断裂压气机三级转子叶片宏观形貌
气边侧的断面较平坦, 可见明显放射棱线和疲劳弧
线特征, 该区域面积约占叶片横截面的4 / 5 , 未见明
显塑性变形特征, 为疲劳区; 靠近排气边侧为斜断
口 , 还可见明显塑性变形, 为瞬断区。 根据放射棱 图2 叶片断口宏观形貌

图3 断口疲劳源区及对应侧表面宏观形貌
1.2 化学成分分析及力学性能测试 要求。
从叶片断口附近取样, 对叶片进行化学成分分 对叶片进行力学性能测试, 得到叶片的显微硬

度为138HV , 抗拉强度为453MPa , 满足叶片强度
析。叶片的化学成分分析结果如表1所示。由表1

可知: 叶片的化学成分符合 GB / T3190 — 2020 《 变 设计要求( 不小于390MPa )。

形铝及铝合金化学成 分》 对 LY2 铝 合 金 材 料 的
表1 叶片的化学成分分析结果 %
质量分数
项目
Si M g Al Ti Zn Fe Mn Cu
实测值 0.063 2.12 余量 0.012 0.033 0.15 0.57 2.94
标准值 ≤0.30 2.0~2.4 余量 ≤0.15 ≤0.10 ≤0.30 0.45~0.7 2.6~3.2

1.3 扫描电镜、 能谱分析及金相检验 织形貌如图9所示, 由图9可知: 未见过热、 过烧或
采用扫描电镜( SEM ) 对断口进行观察, 疲劳源 第二相聚集分布现象 [ 7 ] 。
区凹坑从叶盆侧表面向内延伸, 凹坑表面呈腐蚀形
貌( 见图4 ), 能谱分析发现凹坑表面的 O 、 S 、 Cl 等环 2 理论计算
境腐蚀性元素含量较高, 凹坑表面能谱分析结果如 采用 ANSYS软件对压气机三级转子叶片的叶
图5所示。疲劳扩展区疲劳条带清晰( 见图6 )。瞬 片振型及应力分布进行仿真计算 [ 8-9 ] , 三级转子理论
断区为典型撕裂韧窝形貌( 见图 7 ), 进一步观察叶 模型叶片11阶模态最大振动应力部位与叶片断裂
片叶盆面其他部位微观形貌, 可见叶盆面其他部位 疲劳起源部位接近, 即大致位于叶片叶盆面靠近进
局部也可见类似腐蚀坑( 见图8 )。 气边位置( 见图 10 ), 计算其共振转速有两个, 分别
用光学显微镜对叶片进行金相检验, 其显微组 为3510r / min和4200r / min 。

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