课件：航空发动机零部件故障分析讲解

航空发动机零部件故障分析《航空发动机修理技术》航空维修工程学院01.故障分析概述02.裂纹与断裂03.过热与变形故障分析概述PART01一、故障分析概述任何机器设备，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，不能在规定的时间内，完成规定性能的能力的现象，即称故障。有用寿命期耗损期磨合期早期故障偶然故障耗损故障T工作时间故障率λ一、故障分析概述（一）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。一、故障分析概述（二）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。一、故障分析概述（三）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。轴承滚道磨损剥落裂纹与断裂PART02二、裂纹与断裂（一）裂纹的定义构件局部破裂后，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断裂。裂纹的修理方法主要是：将尖端圆纯、修理或更换。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。叶片断口微观形貌二、裂纹与断裂（二）裂纹的类型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)。宏观裂纹齿轮裂纹二、裂纹与断裂（二）裂纹的类型裂纹呈龟壳网状，表面下深度较浅的表面宏观裂纹叫网状裂纹，也称之为龟裂。网状裂纹涂层表面的龟裂二、裂纹与断裂（二）裂纹的类型呈单条分布，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。线状裂纹某航空发动机变速器壳体线状裂纹二、裂纹与断裂（二）裂纹的类型由应力作用下引发的裂纹，叫应力裂纹。应力裂纹应力裂纹形貌二、裂纹与断裂（二）裂纹的类型在一定的温度下，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。蠕变裂纹叶片蠕变断裂宏观现象蠕变断裂微观现象二、裂纹与断裂（二）裂纹的类型高变应力作用下，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。腐蚀裂纹微观腐蚀裂纹孔二、裂纹与断裂（二）裂纹的类型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。疲劳裂纹叶片断口宏观现象裂纹断口源区形貌过热与变形PART03三、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。各种不同的材料，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。三、过热与变形01过热分析（一）过热航空发动机，为追求其大功率，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。三、过热与变形01过热分析（一）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。它们的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。三、过热与变形02过热故障现象（一）过热过热产生的原因有：材质的耐高温性能差，隔热、冷却、散热出现问题，工作喷嘴安装不正或积炭引起火焰位置改变，温度均发生变化等。①过热产生的原因三、过热与变形02过热故障现象（一）过热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。②过热现象三、过热与变形三、过热与变形（二）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。压气机叶片变形三、过热与变形（二）变形01变形类型弹性变形是指，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。①弹性变形三、过热与变形（二）变形01变形类型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。②塑性变形多晶体塑性变形图三、过热与变形（二）变形02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。三、过热与变形（二）变形02变形分析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。三、过热与变形（二）变形02变形分析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/拉细变长，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。三、过热与变形（二）变形03蠕变机理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。①概述三、过热与变形（二）变形03蠕变机理蠕变可发生于低温和室温下，但只有当温度高于0.3Tm(Tm是用绝对温度标注的熔点）时才显著起来，才必须给予重视。温度越高，蠕变现象越显著。①概述三、过热与变形（二）变形03蠕变机理蠕变可在单一应力状态下发生，也