航空发动机修理技术第二章零件故障分析

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2、偶然故障 偶然故障的发生时间是不确定的，无法 预料，故障率很低，它是因环境条件（温度、 湿度、压力）、载荷变化（振动、风力、冲 击、副射、特技动作）、材料工艺（缺陷、 应力、强度等）损伤等随机因素造成的，所 以偶然故障也称随机故障。它不能通过磨合、 定期修理或更换机件等方法来解决。
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l、过热分析 航空发动机，为追求其大功力，即提高发动 机的推力。其影响发动机推力的主要因素就是温 度。增加供油量就能提高发动的温度、温度上去 了，发动机推力就增大了。但是温度受材料的机 械性能和耐热性能所控制。由于温度的提高，将 造成材料的过热。目前，发动机的最高工作温度 (1400-1800℃)，已超出了零件材料所能承受的 温度。它们韵正常工作是靠良好的散热和隔热方 案来保证的。散热和隔热一旦出现一点小问题， 零件材料将必产生过热。
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非金属的腐蚀包括：
1，溶解和溶胀 2，化学裂解 3，银纹和开裂 4，渗透破坏
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金属的腐蚀： 1，化学腐蚀
2，电化学腐蚀
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一、腐蚀分类 1、按材质分类 非金属腐蚀和金属腐蚀 2、按原理分类 化学腐蚀和电化学腐蚀（例如高温燃气腐蚀） 3、按破坏形式分类 均匀腐蚀和局部腐蚀 局部腐蚀又可分为：电偶腐蚀、缝隙腐蚀、孔 蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、磨损腐蚀、 应力腐蚀以及腐蚀疲劳等。
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4)应力裂纹 由应力作用下引发的裂纹，叫应力裂纹 5)蠕变裂纹 在一定的温度下，受持续应力的作用而引起缓 慢的塑性变形叫金属的蠕变。引起蠕变的应力叫蠕 变应力。在蠕变应力作用下，蠕变变形逐渐增加而 产生的裂纹叫蠕变裂纹。 6)腐蚀裂纹 高变应力作用下，破坏了金属的保护层，产生 了微观腐蚀孔，微孔处产生了尖锐的裂纹，叫腐蚀 裂纹。 7)疲劳裂纹 金属零件在高变载荷应力的作用下产生的裂纹， 叫疲劳裂纹。 《 航空发动机结构与原理 》
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在航空发动机上常见的有磨损腐蚀，应 力腐蚀、疲劳腐蚀和高温燃气腐蚀。磨损腐蚀 在磨损机理中已作介绍，即腐蚀磨损。 应力腐蚀是指，材料同时受到拉应力和环 境的共同作用而发生的变质现象。应力可能是 内应力，也可能是外载荷引起的应力。
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2、磨损过程 一般说来，磨损过程要经历三个阶段，如 图2-13磨损的三个阶段
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第五节 腐蚀机理
腐蚀是自发进行的，是从不稳定的高 能态变为较稳定的低能态。腐蚀对材料性 质而言，可以分成两大类，I是非金属腐蚀： II是金属腐蚀。
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零件磨损，必须准备两个或两个以上的零件 接触，组成磨擦副，在磨擦副的相关零件间， 必须产生相对位置关系不断改变的力和相互磨 擦的相对运动。磨察副在力的作用下，产生相 对运动的磨擦，在其接触表面产生金属剥落损 坏的现象。
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②变形现象 构件受外力作用后，晶格产生扭曲或滑 移、晶粒被拉伸交细变长，晶粒被压缩变短 变粗。然后发生永久变形。 这些变形常发生于细长杆、溥壁件、高 温件。发生变形的常见故障有：扭转、伸长、 翘曲、鼓包、弯曲等。
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3、蠕变机理 ①概述 金属材料在一定温度下，受持续应力的 作用而引起的缓慢的塑性变形叫做金属的蠕 变。引起蠕变的应力叫蠕变应力。 蠕变可发生于低温和室温下，但只有当温 度高于0.3Tm (Tm是用绝对温度表示的熔点)时才 显著起来，才必须给予重视。温度愈高，蠕变现 象愈显著。 蠕变可在单一应力状态下发生，也可在复合 应力状态下发生，主要有高温或回复蠕变、指数 蠕变和扩散蠕变三种。 《 航空发动机结构与原理 》
L PL / EF
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②塑性变形 材料或构件受载荷时，开始产生较为显著的 永久变形或取消作用的外载荷后，变形不能恢复 原来形状的变形，叫塑性变形，见图2-8所示。
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2、变形分析 一般来说，材料或构件在受力工作时，产 生了弹性变形应该是充许的。但在一些特定场 所，弹性变形也是不允许的。如果构件在受力 的情况下产生了永久变形，这是在任何情况下 都是不允许出现的。凡是不允产生的任何变形， 都是一种变形故障，都要进行排除修理工作。
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①变形原因 零件在工作中产生了永久变形，其主要原因 是受力超过了材料的弹性极限。也就是说构件所 承受的力除工作载荷外，又增加了一个设计考虑 之外的力。或者是材料本身有问题，或者是构件 本身有问题，或者是构件的联接关系有变化等。
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第三节 过热与变形
零件材料在高温的影响下，出现变质、 变形、蠕变而丧失原机械性能的现象，叫做过 热。这一温度称为这种零件材料的耐热临界温 度。各种不周的材料，耐热临界温度也各不相 同。耐热温度越高的材料，称其为耐热性能好， 抗热蠕变性能强，或称为耐高温材料。
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2、过热故障现象 ①过热产生的原因 过热产生的原因有：材质的耐高温性能差， 隔热、冷却、散热出现闯题，工作喷咀安装不 正或积炭引起火焰位置改变，温度均发生变化 等。 ②过热现象 零件材料过热后会出现，材料变质、材料 变色、变形、烧蚀、裂纹、掉块现象。排除的 方法是换段、校正、补片、焊接等。
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3、耗损故障 耗损故障是产品使用后期发生的。其特点 是故障率随着使用时间的增长而迅速地增 加。产生的原因是由于产品发生了物理、化学 变化，如磨损、疲劳、老化、腐蚀、耗损等 因素造成产品性能的衰退或老化。
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疲劳腐蚀是指材料同时受到周期性应力和环 境的共同作用而发生的变质现象。它是应力腐蚀 中的一个特殊例子，如振动、温度变化、飞行载 荷大小方向的改变等。疲劳腐蚀只发生于材料裂 纹一般发生在低于疲劳极限的应力水平情况下， 即发生在疲劳破坏的第I阶段，使金属产生麻点和 开裂。以后的本质是疲劳过程。 高温燃气腐蚀是指，材料在高温、高速、高 压的燃气中的腐蚀现象；也是一个电化学腐蚀过 程，值得研究。
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2、裂纹的类型 1)宏观裂纹 宏观裂纹是指大于用无损检测方法所能探测 得的最小长度的裂纹(大于0.05mm)。 2)网状裂纹 裂纹呈龟壳网状，下深度较浅的表面宏观裂 纹叫网状裂纹，也称之为龟裂。 3)线状裂纹 呈单条分布，垂直于结构主应力的一种纵向 裂纹，叫线状裂纹，简称为线裂。这类裂纹主要 由发纹、划痕或夹杂在应力作用下扩展而成。这 种裂纹往往发展成断裂破坏。
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W
V L
①磨损率w的定义是单位滑动距离L上磨损掉的材 V 料体积v之比，即：
W
L
②磨损率W与表面接触面积无关，它正比于法向 载荷FN而反比于材料的硬度H，即：
FN W R L
式中：R-比例系数，由实验测定
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一、变形 构件在载荷作用下，其尺寸和形状都会有不 同程度的改变，这种尺寸和形状的改变叫做变形。 1、变形类型 ①弹性变形 弹性变形是指，构件在载荷作用下的变形， 由于载荷的取消而可消失的变形。 虎克定律反映，杆件所受的外力（拉力或压力） 不超过某一限度时，它的绝对伸长（或绝对压缩） △L与外力P及杆长L成正比，与杆件的横截面积F 成反比。用公式表示为：
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第二节 裂纹与断裂
l、裂纹的定义 从断裂力学的观点来看，材料内部存在的各 种缺陷，如夹杂、气孔、发纹等均可视为裂纹。
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构件局部破裂后，改变了它原来的应力分 布，裂纹尖端出现应力集中。在交变应力和持续 增加的应力作用下，裂纹缓慢扩展。当裂纹扩展 到临界尺寸时，就会失稳破坏造成物件失效。裂 纹扩展到临界尺寸而失稳破坏的现象叫裂断。裂 纹的修理方法主要是：将尖端圆纯、修理或更换。
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②机理 蠕变过程中同时存在晶内滑移和晶界变形， 并在一定温度和应力条件下形成空洞和裂纹，裂 纹发展，导致断裂。
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第四节 磨损机理 零件的磨损，使零件的原有尺寸、形状和表面 精度质量等发生改变，破坏了原配合副 的配合特性，导致发动机零件失去了原有的工作性 能和作用，造成发动机漏油、漏气等现 象。 一、磨损机理 1、磨损概念 磨损是由于工作表面的相对运动，使它的表面 物质逐渐耗损的过程。它是产品发生故障的基本原 因之一。
第二章
故障分析
任何机器设备，随着使用时间的延长，就会 磨损、老化、破裂、失效。丧失产品原设计规定 的使用条件下，在规定的时间内，完成规定性能 的能力的现象，即称故障。
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源自文库
l、早期故障 早期故障是指产品开始使用后不太长的时 间内发生的故障。其主要特征是故障率高，但 一般来说是随着使用时间的增长而减少。早期 故障的原因常常是装配不当、零件配合不协调、 加工质量不好或原设计先天不足等造成的。