发动机低压涡轮工作叶片裂纹失效分析

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文章编号：２０９５—１２４８（２０１３）０３— ０００１— ０５
发动机低压涡轮工作叶片裂纹失效分析
李洋，佟文伟，栾旭，张开阔
（中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳１１００１５）
摘要：针对某型发动机低压涡轮工作叶片出现裂纹故障进行失效分析。通过对故障叶片进行外观
ＬＩＹａｎｇ，ＴＯＮＧＷｅｎ — ｗｅｉ，ＬＵＡＮＸｕ，ＺＨＡＮＧＫａｉ－ｋｕｏ
（ＡＶＩＣＳｈｅｎｙａｎｇＥｎｇｉｎｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００１５）
ｃｒｏｗｎｗｏｒｉｎｋｇｆａｃｅｎｄａｎｏｎ— ｗｏｒｉｎｋｇｆａｃｅｏｆｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｗｅｒｅｃａｕｓｅｄｂｙｈｉｇｈ — ｃｙｃｌｅｆａｉｔｇｕｅ．
检查、断口分析、表面形貌检查、截面金相检查、材质分析及断口区域成分分析，并对叶冠工作面和
非工作面的应力分布进行计算，确定了叶片裂纹性质和产生原因。实验结果表明：故障低压涡轮
工作叶片叶冠工作面与非工作面裂纹为高周疲劳性质，导致叶片过早出现疲劳裂纹的主要原因是
ｉｎｇｆａｃｅｎｄａｎｏｎ — ｗｏｒｉｎｋｇｆａｃｅ，ｗｈｉｃｈｗａｓａｃｉｔｒｉｃａｌｆａｃｔｏｒｌｅａｄｉｎｇｔｏｈｅｔｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｓｅｒｌａｉｅｒｈａｔｎｅｘｐｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅｖｉｂｒａｉｏｔｎｌｏａｄｉｎｇａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｈｅｔｆａｉｔｇｕｅｃｒａｃｋｓ．Ｆｉｎｌｌａｙ，ｈｅｔｉｍｐｒｏｖｅｄｐｒｏｐｏｓｌａｗａｓｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈａｔｈｅｔｄｉｓ — ｔａｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｈｅｔｗｅｒａｂｌｏｃｋｓａｎｄｈｅｔｃｏｍｅｒｓｏｆｂｌａｄｅＳｃｒｏｗｎｗｏｒｉｎｋｇｆａｃｅｎｄａｎｏｎ— ｗｏｒｉｎｋｇｆａｃｅｓｈｏｕｌｄｂｅｃｏｎｒｏｔｌｌｅｄｉｎｈｅｔｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ａｖｏｉｉｎｄｇｈｅｔｔｉｎｅｏｆｗｅａｒｂｌｏｃｋｓｅｎｔｅｉｎｒｇｉｎｔｏｈｅｔｃｏｍｅｒ．
ｔｉｏｎｃｌｃａｕｌａｉｔｏｎｏｆｂｌａｄｅＳｃｒｏｗｎｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅａｎｄｎｏｎ— ｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ．Ｒｅｓｕｌｔｓｉｎｎｔｈｅ
第３０卷第３期
２０１３年６月
沈阳航空航天大学学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ＶＯ１．３０Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２０１３
ＴｈｅｔｉｎｅｏｆｗｅａｒｂｌｏｃｋｓｅｎｔｅｒｅｄｉｎｔｏｈｅｔｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｒａｔｔｉｏｎｒｅｇｉＯｎｏｆｈｅｔｃｏｍｅｒｓｏｆｂｌａｄｅｏｎｈｅｔｃｒｏｗｎｗｏｒｋ－
中图分类号：Ｖ２３２．４文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５—１２４８．２０１３．０３．００１
Ｆａｉｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｒａｃｋｉｎａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｌｏｗ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｈｅｔｃｒａｃｋｏｆｈｅｔｌｏｗ— ｐｒｅｓｓｕｒｅｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｏｆａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｃｒａｃｋｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｅｍｅｒｇｅｎｃｅｗｅｒｅｉｄｅｎｔｉｉｅｆｄｂｙｖｉｓｕａｌｉｎｓｐｅｃｉｏｔｎ，ｒａｆｃｔｕｅｒａｎａｌｙｓｉｓ，ｓｕｒｆａｃｅ — ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ｓｅｃｔｉｏｎｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ，ｍａｔｅｒｉｌａａｎａｌｙｓｉｓ，ｃｈｅｉｃｍｌａｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓａｓｗｅｌｌａｓｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕ —
耐磨块尖部进入叶冠工作面和非工作面的转角应力集中区；同时叶片工作时产生的振动载荷也加
速了疲劳裂纹的产生。最后提出了控制焊接过程中耐磨块与叶冠工作面和非工作面的尺寸，避免
耐磨块尖部进入转角区域的改进建议。关键词：低压涡轮工作叶片；ＤＺ１７Ｇ；高周疲劳；耐磨块；应力集中；航空发动机