葉片葉輪類失效分析實例

#后來還發(fā)現(xiàn)空壓機離心段第一級葉輪導(dǎo)流葉片有一片斷裂。從軸流段一級調(diào)節(jié)葉片中取樣，其斷口宏觀形貌如圖7所示。圖中白箭頭所指是先開裂部位，稱老斷口，黑箭頭指的是人為機械打開部位，稱新斷口，離心段導(dǎo)流葉片斷口宏觀形貌如圖8所示。綜上所述，空壓機葉片產(chǎn)生斷裂原因主要是由于熱處理工藝不嚴(yán)格，熱處理溫度偏高，使組織粗大，疲勞強度降低；其次，設(shè)計不合理，沒有防喘振裝置，并且在安裝時未做數(shù)次喘振試驗，而在工作過程中又經(jīng)常產(chǎn)生喘振現(xiàn)象，最后由于振動導(dǎo)致了疲勞斷裂。圖圖象說明：圖軸流段調(diào)節(jié)葉片宏觀斷口，老斷口（白箭頭）呈鐵灰色，上面有腐蝕層；新斷口（黑箭頭）呈灰色，有金屬光澤。圖象說明：離心段導(dǎo)流葉片，斷口表面光滑，呈灰色，有海灘狀條紋出現(xiàn)。

．船用增壓器葉片斷裂失效船用GZ750型葉片，材質(zhì)為17/13W合金鋼，葉片的額定轉(zhuǎn)速為1600轉(zhuǎn)/分，最高轉(zhuǎn)速為8500轉(zhuǎn)／分，常用轉(zhuǎn)速為2000、7600轉(zhuǎn)／分。葉片已經(jīng)運行了500小時，工作溫度為350℃。葉片斷裂的部位是葉根第一榫齒齒槽處。GZ750型增壓器葉片實物外貌如圖9所示。葉片斷口宏觀形貌特征如圖10所示。斷口表面是經(jīng)過清洗后的形貌，原斷口表面是黑色的，這說明葉片的斷裂與外界環(huán)境有聯(lián)系。在圖10中用肉眼很容易看出疲勞貝殼條紋特征，其面積占全斷面的2/3左右，因此可以說此斷口是疲勞斷口。另外，還可以看出裂紋是由排氣側(cè)葉根第一榫齒齒槽處向內(nèi)擴展。裂源位于排氣側(cè)葉根第一榫齒齒槽的尖角處附近如圖11所示，箭頭指示處為二次裂紋，這表明尖角附近存在著較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象。通過上述分析可知，船用GZ750型增壓器葉片斷口為典型的疲勞斷口，穿晶型斷裂，疲勞源位于葉片排氣側(cè)的葉根第一榫齒槽的尖角處。其斷裂原因是由于下列缺陷所致：(1)葉根尖角處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)改進(jìn)葉根形狀使之不產(chǎn)生尖角，消除應(yīng)力集中現(xiàn)象。(2)17/13W材料中的氮化物夾雜比較多，尤其是夾雜物聚集現(xiàn)象應(yīng)消除?？傊?，由于尖角處本身易產(chǎn)生應(yīng)力集中，再加上夾雜物聚集，因而使尖角處成為薄弱環(huán)節(jié)，疲勞裂源易于在此萌生。圖象說明：船用GZ750型增壓器葉片宏觀外貌，裂紋在葉根的排氣側(cè)第一榫齒齒槽處，如箭頭所指。

圖象說明：圖船用GZ750型增壓器葉片斷口宏觀外貌，具有明顯的疲勞貝殼狀條紋。從疲勞貝殼狀態(tài)條紋的發(fā)展趨勢可知，疲勞裂源在尖角處。圖圖 x圖 x圖象說明：裂源區(qū)的放大圖象，具有細(xì)小的放射條紋，匯聚處在尖角附近，即裂源的位置。另外，在裂源區(qū)還觀察到二次裂紋，如箭頭指示。葉輪失效分析1．柴油機增壓器壓氣機葉輪斷裂失效增壓器壓氣機葉輪材料為ZL110鉛合金，精密鑄造成型，其熱處理工藝為：525±10℃保溫6小時，水淬，180±10℃人工時效8小時。在柴油機增壓器的壓氣機上使用時，葉輪轉(zhuǎn)速為n=43000轉(zhuǎn)/分，經(jīng)過4小時實際運行后發(fā)生斷裂失效，葉輪斷口宏觀形貌持征如圖12、13所示，由宏觀斷口可看出，裂源靠近齒根部分，并有擦傷條紋。

圖象說明：葉輪與葉片斷裂，兩個葉片發(fā)生變形，葉輪其它部位均完好無損。圖圖圖象說明：圖圖斷口表面有明顯的機械擦傷條紋；裂源靠近葉片根部分，斷口表面較平整，靠近葉片尾部有快速撕裂形貌特征。2．510型0柴油機導(dǎo)風(fēng)輪失效失效導(dǎo)風(fēng)輪材料為LD鋁合金，經(jīng)淬火及時效處理，工作時最高轉(zhuǎn)速15600轉(zhuǎn)/分，通常情況下工作轉(zhuǎn)速為10000~12000轉(zhuǎn)/分，使用約50小時后發(fā)現(xiàn)導(dǎo)風(fēng)輪的其中一葉片上產(chǎn)生裂紋。其外觀形貌如圖14所示。宏觀觀察斷口，可看到貝殼狀條紋如圖15所示。采用塑料-碳二級復(fù)型方法制樣，在透射電鏡下進(jìn)行觀察，可清楚看到有疲勞輝紋和腐蝕產(chǎn)物如圖16所示。

圖圖象說明：圖圖象說明：割下有裂紋的葉片，然后沿裂紋處打開后的宏觀斷口形貌。在斷口上測出裂紋長24mm左右，斷口上能觀察到貝殼紋特征，斷口靠裂紋源部分有一層淺灰色腐蝕產(chǎn)物覆蓋，裂源起始于葉根，裂紋由進(jìn)氣側(cè)向背弧側(cè)擴展。圖象說明：割下有裂紋的葉片，然后沿裂紋處打開后的宏觀斷口形貌。在斷口上測出裂紋長24mm左右，斷口上能觀察到貝殼紋特征，斷口靠裂紋源部分有一層淺灰色腐蝕產(chǎn)物覆蓋，裂源起始于葉根，裂紋由進(jìn)氣側(cè)向背弧側(cè)擴展。圖圖圖象說明：圖斷口TEM圖象，具有疲勞輝紋特征，并能觀察到河流條紋與疲勞輝紋相垂直的形象。

．船用螺旋槳斷裂失效斷裂螺旋槳是1000噸位的軍用艦艇上使用的螺旋槳，用鋁黃銅砂模鑄造成型，未經(jīng)去應(yīng)力退火，下水僅一年，實際運行時間約635小時，發(fā)生槳葉斷裂事故，其中一片槳葉斷裂后掉人海中未找到。斷裂槳葉的外觀形貌如圖17所示。在一未斷的槳葉上發(fā)現(xiàn)有一條裂紋如圖18所示。沿裂紋用機械方法壓丑其斷口宏觀形貌如圖19所示。圖上述斷口及金相分析結(jié)果，說明螺旋槳斷裂具有氯離子氣氛中應(yīng)力腐蝕開裂的特征，而螺旋槳制造時未經(jīng)退火，使殘余應(yīng)力較高，槳葉距中心5?3處的工作應(yīng)力最高，為該處產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂提供了足夠的應(yīng)力條件。采用模擬應(yīng)力腐蝕試驗結(jié)果證實，該材料在海水中易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，離子探針對斷口表面黑色腐蝕層分析結(jié)果也發(fā)現(xiàn)有較高的氯元素，可見螺旋槳的失效屬在海水介質(zhì)中的應(yīng)力腐蝕失效。圖圖象說明：斷裂事故發(fā)生后的螺旋槳整體形貌，其中一個槳葉的一半已掉入海中。斷裂位置距中心5~3處。圖象說明：在另一末斷的槳葉上仔細(xì)檢查結(jié)果，同樣在距中心5~3處發(fā)現(xiàn)有一條