汽轮机末级叶片断裂分析

２０１１年７月中国制造业信息化第４０卷第１３期汽轮机末级叶片断裂分析

杨庆平，王利峰，张武锋，陆辉

（江苏省机械研究设计院有限责任公司，江苏南京２１００１２）

摘要：采用扫描电镜观察、能谱分析、显微组织分析、硬度和拉伸试验等方法对断裂叶片进行了检验分析。结果表明：叶片断裂是因为叶片在热处理后力学性能没有达到标准技术要求；叶片工作时表面缺陷在交变应力作用下扩展，最终导致叶片的疲劳断裂。

关键词：沉淀硬化不锈钢；疲劳断裂；力学性能

中图分类号：’ＴＧｌ４２．７１文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２一１６１６（２０１１）１３一００７２一０２

某电厂汽轮机在平稳运行时突然发生强烈振动，停机后检查发现１片末级叶片根部断裂。由于断后的叶片受到较大的碰撞，引起叶片变形和局部的折断。汽轮机安装后运行约４年半，叶片材料为０Ｃｒｌ７Ｎｉ４Ｃｕ４卜沌沉淀硬化不锈钢，按ＧＢ／ｒ８７３２—２００４《汽轮机叶片用钢》技术标准中第Ⅲ类别进行热处理。

１断口检验

ａ．宏观检查：由于叶片断后受到碰撞，使叶片严重变形和局部折断，断口受到严重损伤和浸蚀，无法观察其断口全貌，但叶片根部的部分断面碰撞较轻，宏观形貌尚可看到裂纹源和扩展区形态（如图ｌ所示）。整个断口较平整呈灰白色脆性断裂形态，晶粒较细且致密，未见有明显的夹杂等冶金缺陷。

图１断裂后的叶片形态（箭头处为裂源）

ｂ．断口扫描电镜检查：在较低倍数下观察，裂纹源处只能看到呈放射型扩展形态。在高倍下观察，断口呈受挤压和擦伤形态（如图２所示），但在断口边缘仍可看到，从表面向中心撕裂形貌。在裂纹源附近的叶片表面有较多的微小凹坑和挤压折叠纹。由于整个断面受到挤压，其整体断裂形貌已无法观察，但在局部较低的没受到挤压部位仍可看到逐步扩展的疲劳条带形貌，说明叶片断裂是由表面的裂纹源随工作应力的变化，逐步扩展而形成的疲劳断裂。

图２断口边缘呈挤压擦伤和疲劳条带形貌

ｃ．力学性能测定：在断裂叶片上取２根拉伸试样，检验结果见表ｌ。

ｄ．叶片化学成分分析结果：Ｃ为０．０５５％、Ｍｎ为Ｏ．５０％、Ｓｉ为０．３７％、Ｓ为０．００５％、Ｐ为Ｏ．０２３％、

收稿日期：２０１ｌ—０５—１０

作者简介：杨庆平（１９“一），男，江苏南京人，江苏省机械研究设计院有限责任公司工程师，主要从事金属材料检测与研究工作。万方数据