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1、第35卷第2期2013年2月艦船科學(xué)技術(shù)SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．35，No．2Feb．，2013汽輪機(jī)斷裂葉片檢測與失效原因分析石泉江(中國人民解放軍92730部隊(duì)，海南三亞572016)摘要：對發(fā)生斷裂的汽輪機(jī)葉片材料進(jìn)行了理化檢驗(yàn)，主要包括化學(xué)成分、材料組織、夾雜物、力學(xué)性能等，分析了葉片斷口的宏觀、微觀形貌。根據(jù)檢測結(jié)果，葉片材料性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，其失效模式為疲勞產(chǎn)生的斷裂。關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；葉片；斷裂；理化檢驗(yàn)；疲勞裂紋中圖分類號：TK268文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672—7649(2013)02—0081—04doi：10．3404／j
2、．issn．1672—7649．2013．02．019InspectionandanalysisofbladefractureinsteamturbineSHIQuan-jiang(No．92730UnitofPLA，Sanya572016，China)Abstract：Accordingtophysicalandchemicalinspection，thematerialofbrokenbladesinsteamturbineweretest．Theinspectionsincludedchemicalcomponent，materialstructure，mixedgrai
3、n，mechanicsperformance．Themacroscopicalandmicrocosmicfeatureonfracturesectionwereanalyzed。Basedonthetest，thematerialperformancesmeetthestandard．Itshowsthatthedisabledmodeisfracturebyfatigue．Keywords：steamturbine；blade；fracture；physicalandchemicalinspection；fatiguecrack0引言程，甚至很長的時(shí)間歷程阻31。汽輪機(jī)葉片
4、所處的工況條件及環(huán)境極為惡劣，主要表現(xiàn)在應(yīng)力狀態(tài)、工作溫度、環(huán)境介質(zhì)等方面。當(dāng)葉片發(fā)生斷裂時(shí)，斷口往往出現(xiàn)在葉根部位，其中很大一部分屬于疲勞斷裂?。金屬材料疲勞破壞機(jī)制是金屬材料在交變應(yīng)力或交變應(yīng)變的作用下，某點(diǎn)或某些點(diǎn)逐漸產(chǎn)生了永久性結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致在一定的循環(huán)次數(shù)以后形成裂紋或發(fā)生斷裂的過程。疲勞破壞與靜力破壞有著本質(zhì)的不同，在交變載荷作用下，零件中的交變應(yīng)力在遠(yuǎn)小于材料強(qiáng)度極限的情況下，破壞就可能發(fā)生。不管是塑性或彈性材料，疲勞斷裂在宏觀上均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的突然斷裂，故疲勞斷裂常表現(xiàn)為低應(yīng)力脆性斷裂。這一特征使疲勞破壞具有更大的危險(xiǎn)性。疲勞破壞是一個(gè)累積損傷的過程，需
5、經(jīng)歷一定的時(shí)間歷1葉片斷裂情況某型汽輪機(jī)通流部分由復(fù)速級和壓力級組成，其中復(fù)速級為直葉片，根部采用倒T型葉根形式。機(jī)組在使用過程中出現(xiàn)了復(fù)速級葉片斷裂的故障，經(jīng)拆檢，斷裂部位為T型葉根的上危險(xiǎn)截面。在故障發(fā)生后，設(shè)計(jì)人員立即展開了故障原因的排查和清理，并通過宏觀檢測分析、斷口綜合分析、微觀組織結(jié)構(gòu)觀察等手段對失效葉片進(jìn)行檢測與分析卜引。2失效葉片的理化檢驗(yàn)與分析2．1宏觀檢測斷裂后的葉片分為葉身和葉根2部分，圖1為葉身端斷口的宏觀照片。葉片的斷面平坦，沒有收稿日期：2012—05—17；修回日期：2012—08一16作者簡介：石泉江(1972一)，男，本科，工程師，研究方向?yàn)榇?/p>
6、舶機(jī)電管理?！?2·艦船科學(xué)技術(shù)第35卷發(fā)現(xiàn)明顯的沿晶斷裂，瞬斷區(qū)面積占總面積相對較小，因此可以判斷葉片的失效模式為由于疲勞產(chǎn)生的斷裂。根據(jù)斷口的宏觀表象，裂紋源起始于出汽側(cè)內(nèi)緣(疲勞源1)，并擴(kuò)展至進(jìn)汽側(cè)外緣(疲勞源2)．圖1斷口宏觀照片F(xiàn)ig．1Thenaturalpictureofthefracturefortheblade2．2化學(xué)成分分析失效葉片采用1Crl3馬氏體不銹鋼，表1為材料的化學(xué)成分分析結(jié)果，對比表中的數(shù)據(jù)和ZBK54023—88標(biāo)準(zhǔn)要求的數(shù)據(jù)可以看出，失效葉片的化學(xué)成分滿足零件理化檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)要求。表1失效葉片用鋼的化學(xué)成分Tab．】Thechemicalc
7、onstitutionforthemetalofthefractureblades測試值0．1412．00．410．380．0070．0026標(biāo)準(zhǔn)要求o．10—0．1511．5～13．5≤1．00≤1．00≤O．035≤O．0302．3材料組織分析對斷裂葉片進(jìn)行金相組織觀察和顯微硬度分析。圖2為斷裂葉片樣品的金相組織，從顯微組織圖片中可以看出，斷裂葉片材料的組織為馬氏體組織。圖2斷裂葉片的金相組織Fig．2Themetallurgicalstructureofthefractureblade
