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1、第35卷第2期2013年2月艦船科學技術(shù)SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01.35,No.2Feb.,2013汽輪機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,海南三亞572016)摘要:對發(fā)生斷裂的汽輪機葉片材料進行了理化檢驗,主要包括化學成分、材料組織、夾雜物、力學性能等,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準要求,其失效模式為疲勞產(chǎn)生的斷裂。關(guān)鍵詞:汽輪機;葉片;斷裂;理化檢驗;疲勞裂紋中圖分類號:TK268文獻標識碼: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,甚至很長的時間歷程阻31。汽輪機葉片
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。當葉片發(fā)生斷裂時,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制是金屬材料在交變應(yīng)力或交變應(yīng)變的作用下,某點或某些點逐漸產(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)力在遠小于材料強度極限的情況下,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性。疲勞破壞是一個累積損傷的過程,需
5、經(jīng)歷一定的時間歷1葉片斷裂情況某型汽輪機通流部分由復(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型葉根的上危險截面。在故障發(fā)生后,設(shè)計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行檢測與分析卜引。2失效葉片的理化檢驗與分析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,研究方向為船
6、舶機電管理?!?2·艦船科學技術(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),并擴展至進汽側(cè)外緣(疲勞源2).圖1斷口宏觀照片F(xiàn)ig.1Thenaturalpictureofthefracturefortheblade2.2化學成分分析失效葉片采用1Crl3馬氏體不銹鋼,表1為材料的化學成分分析結(jié)果,對比表中的數(shù)據(jù)和ZBK54023—88標準要求的數(shù)據(jù)可以看出,失效葉片的化學成分滿足零件理化檢驗的標準要求。表1失效葉片用鋼的化學成分Tab.】Thechemicalc
7、onstitutionforthemetalofthefractureblades測試值0.1412.00.410.380.0070.0026標準要求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