金属材料失效分析案例PPT

材料失效分析
班级：XXX 组员：XXX
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案例 漳平电厂1号机叶片断裂失效分析
1、背景
2 检查、试验
2.1宏观检查
2.2 断口微观检查
2．3化学成分
2．4硬度测试
2．5 冲击试验
2．6 金相检查
3 分析
4 结论
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1、背景 漳平电厂1号机系北京重型电机厂制造的冲动凝汽
式汽轮机，其高压转子第8级叶片材料为2Cr13。1998年4月
的原因，我们开展了一系列的失效分析工作。
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2 检查、试验
2.1宏观检查
检查发现丢落的19个叶片的断裂部位均位于叶片倒/形槽根 部的横断面上（见图1），
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肉眼观察断口表面呈红褐色和灰褐色，有锈斑。断口平坦并分 成两个区，其中大面积区呈光滑状，小面积区呈纤维状，个别 断口几乎全部呈光滑状。拆卸时发现叶片根部装配较松，极易 取下。
（见图3、4），这些线段不是平滑的，它是疲劳过程引起不稳
定滑移面上快速的裂纹扩展造成的。此外，还能观察到裂纹的
存在，且从源区向心部发展。在疲劳裂纹扩展区，则能观察到
颗粒状脆性断裂特征（见图5）。断口开裂以穿晶断裂为主，无
沿晶断裂迹象，也没有介质腐蚀引起的应力腐蚀断口形貌。这
说明快速断裂区是以韧窝为主B的塑性断裂。
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2．3化学成分
分析损坏叶片取样分析结果见表1。从表1可以看出， 损坏叶片材料的化学成分合格。
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2．4硬度测试
断裂叶片根部侧面布氏硬度测试结果见表2。表2表明， 断裂叶片的硬度值略偏高，推测叶片材料的强度较高。
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2．5 冲击试验
2．6 金相检查
选取断裂叶片根部侧面进行金相检查分析，首先对未浸 蚀的试样表面进行检查，发现其中一个倒<形槽的根部 还存在微裂纹（微裂纹平直且走向平行于断口表面）。 用氯化铁盐酸水溶液浸蚀试样表面后观察其金相组织为 具有位向的回火索氏体（见图6），图7为带微裂纹处的 金相照片，组织状态正常。
2。2 断口微观检查
断口经超声波清洗干净后在扫描电镜下先以低倍（10倍）观察，
发现有典型的疲劳断裂特征，即有三个区域组成：疲劳源，疲
劳裂纹扩展区（颗粒状脆性断裂区）和最终快速断裂韧性纤维
区，其中疲劳源和疲劳裂纹扩展区占大部分面积。图2为疲劳源
和疲劳裂纹扩展区，从中能明显观察到贝壳状条纹，这是疲劳
断裂典型特征。进一步放大观察发现断口有类似台阶式线段
行。2000年5月7日，汽轮机出现异常响声，且振动不断加
剧，揭缸后发现高压转子第8级叶片丢落19个，部分围带脱
落，第9级叶片及8、9、10级部分隔板磨损变形。对照1998
年4月大修记录，发现此次丢落的19个叶片大部分为当时修
复处理过的叶片。由于此次叶片断裂事故对转子损伤较为
严重，故把整个转子送到制造厂修复。为了找出叶片断裂
大修揭盖后发现该级叶片有一段围带残缺约10cm长，有一
个叶片在根部断裂丢失，部分围带铆钉头有弹起现象。修
复工作由电厂委托北京重型电机厂进行，其修复过程为：
拆除5段围带及43片叶片，更换断裂和受损的2个叶片及损
坏的2段围带，复装后叶片与围带采用焊接固定，并对2段
围带铆钉头弹起的部位进行打磨后焊补，修后机组恢复运
(4)断裂的19个叶片中，大部分断口都属于疲劳断口，这表 明在叶片发生大面积断裂前，其根部已产生或大或小的疲 劳裂纹，最后导致部分叶片先断裂，并引起其余叶片提前 断裂。
4 结论
漳平电厂1号机高压转子第10级叶片大面积断裂的主要原因是
装配时叶片根部间隙偏大，在运行过程中叶片振动引起根部
产生疲劳裂纹源，随着疲劳裂纹的不断扩展，最终导致叶片
疲劳断裂。
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3 分析
(1)断裂叶片的金相组织为正常的回火索氏体，材料化学成分 合格，主要性能指标也基本正常。
(2)叶片断裂部位在倒*形槽根部的横断面上，亦即在应力集 中部位，是裂纹源萌生地，断口具有典型的疲劳断裂特征， 裂纹扩展属穿晶走向。
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(3)叶片根部疲劳断裂与装配质量有关，高压转子叶片安装 时通常要求根部紧配合，但裂断的第+级叶片根部却是松 配合，遂导致叶片在运行过程中产生振动并传至根部，根 部与叶轮槽表面产生摩擦，从而使根部表层晶粒持续滑移 带极易萌生裂纹，即产生疲劳源，随后裂纹不断扩展，最 终造成根部疲劳断裂。