叶片叶轮类失效分析实例

#后来还发现空压机离心段第一级叶轮导流叶片有一片断裂。从轴流段一级调节叶片中取样，其断口宏观形貌如图7所示。图中白箭头所指是先开裂部位，称老断口，黑箭头指的是人为机械打开部位，称新断口，离心段导流叶片断口宏观形貌如图8所示。综上所述，空压机叶片产生断裂原因主要是由于热处理工艺不严格，热处理温度偏高，使组织粗大，疲劳强度降低；其次，设计不合理，没有防喘振装置，并且在安装时未做数次喘振试验，而在工作过程中又经常产生喘振现象，最后由于振动导致了疲劳断裂。图图象说明：图轴流段调节叶片宏观断口，老断口（白箭头）呈铁灰色，上面有腐蚀层；新断口（黑箭头）呈灰色，有金属光泽。图象说明：离心段导流叶片，断口表面光滑，呈灰色，有海滩状条纹出现。

．船用增压器叶片断裂失效船用GZ750型叶片，材质为17/13W合金钢，叶片的额定转速为1600转/分，最高转速为8500转／分，常用转速为2000、7600转／分。叶片已经运行了500小时，工作温度为350℃。叶片断裂的部位是叶根第一榫齿齿槽处。GZ750型增压器叶片实物外貌如图9所示。叶片断口宏观形貌特征如图10所示。断口表面是经过清洗后的形貌，原断口表面是黑色的，这说明叶片的断裂与外界环境有联系。在图10中用肉眼很容易看出疲劳贝壳条纹特征，其面积占全断面的2/3左右，因此可以说此断口是疲劳断口。另外，还可以看出裂纹是由排气侧叶根第一榫齿齿槽处向内扩展。裂源位于排气侧叶根第一榫齿齿槽的尖角处附近如图11所示，箭头指示处为二次裂纹，这表明尖角附近存在着较大的应力集中现象。通过上述分析可知，船用GZ750型增压器叶片断口为典型的疲劳断口，穿晶型断裂，疲劳源位于叶片排气侧的叶根第一榫齿槽的尖角处。其断裂原因是由于下列缺陷所致：(1)叶根尖角处容易产生应力集中现象，应改进叶根形状使之不产生尖角，消除应力集中现象。(2)17/13W材料中的氮化物夹杂比较多，尤其是夹杂物聚集现象应消除。总之，由于尖角处本身易产生应力集中，再加上夹杂物聚集，因而使尖角处成为薄弱环节，疲劳裂源易于在此萌生。图象说明：船用GZ750型增压器叶片宏观外貌，裂纹在叶根的排气侧第一榫齿齿槽处，如箭头所指。

图象说明：图船用GZ750型增压器叶片断口宏观外貌，具有明显的疲劳贝壳状条纹。从疲劳贝壳状态条纹的发展趋势可知，疲劳裂源在尖角处。图图 x图 x图象说明：裂源区的放大图象，具有细小的放射条纹，汇聚处在尖角附近，即裂源的位置。另外，在裂源区还观察到二次裂纹，如箭头指示。叶轮失效分析1．柴油机增压器压气机叶轮断裂失效增压器压气机叶轮材料为ZL110铅合金，精密铸造成型，其热处理工艺为：525±10℃保温6小时，水淬，180±10℃人工时效8小时。在柴油机增压器的压气机上使用时，叶轮转速为n=43000转/分，经过4小时实际运行后发生断裂失效，叶轮断口宏观形貌持征如图12、13所示，由宏观断口可看出，裂源靠近齿根部分，并有擦伤条纹。

图象说明：叶轮与叶片断裂，两个叶片发生变形，叶轮其它部位均完好无损。图图图象说明：图图断口表面有明显的机械擦伤条纹；裂源靠近叶片根部分，断口表面较平整，靠近叶片尾部有快速撕裂形貌特征。2．510型0柴油机导风轮失效失效导风轮材料为LD铝合金，经淬火及时效处理，工作时最高转速15600转/分，通常情况下工作转速为10000~12000转/分，使用约50小时后发现导风轮的其中一叶片上产生裂纹。其外观形貌如图14所示。宏观观察断口，可看到贝壳状条纹如图15所示。采用塑料-碳二级复型方法制样，在透射电镜下进行观察，可清楚看到有疲劳辉纹和腐蚀产物如图16所示。

图图象说明：图图象说明：割下有裂纹的叶片，然后沿裂纹处打开后的宏观断口形貌。在断口上测出裂纹长24mm左右，断口上能观察到贝壳纹特征，断口靠裂纹源部分有一层浅灰色腐蚀产物覆盖，裂源起始于叶根，裂纹由进气侧向背弧侧扩展。图象说明：割下有裂纹的叶片，然后沿裂纹处打开后的宏观断口形貌。在断口上测出裂纹长24mm左右，断口上能观察到贝壳纹特征，断口靠裂纹源部分有一层浅灰色腐蚀产物覆盖，裂源起始于叶根，裂纹由进气侧向背弧侧扩展。图图图象说明：图断口TEM图象，具有疲劳辉纹特征，并能观察到河流条纹与疲劳辉纹相垂直的形象。

．船用螺旋桨断裂失效断裂螺旋桨是1000吨位的军用舰艇上使用的螺旋桨，用铝黄铜砂模铸造成型，未经去应力退火，下水仅一年，实际运行时间约635小时，发生桨叶断裂事故，其中一片桨叶断裂后掉人海中未找到。断裂桨叶的外观形貌如图17所示。在一未断的桨叶上发现有一条裂纹如图18所示。沿裂纹用机械方法压丑其断口宏观形貌如图19所示。图上述断口及金相分析结果，说明螺旋桨断裂具有氯离子气氛中应力腐蚀开裂的特征，而螺旋桨制造时未经退火，使残余应力较高，桨叶距中心5〜3处的工作应力最高，为该处产生应力腐蚀开裂提供了足够的应力条件。采用模拟应力腐蚀试验结果证实，该材料在海水中易产生应力腐蚀开裂，离子探针对断口表面黑色腐蚀层分析结果也发现有较高的氯元素，可见螺旋桨的失效属在海水介质中的应力腐蚀失效。图图象说明：断裂事故发生后的螺旋桨整体形貌，其中一个桨叶的一半已掉入海中。断裂位置距中心5~3处。图象说明：在另一末断的桨叶上仔细检查结果，同样在距中心5~3处发现有一条