内容发布更新时间 : 2025/4/7 2:42:41星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
第2章 WJ5甲型发动机以及涡轮工作叶片折断故障
图2-2 断口低倍放大全貌 图2-3 主疲劳扩散区形貌
表2-1 叶片缺陷情况及工作时间表 发动机号 叶片件号 工作时间/h 1219 2338 521 556 缺陷性质及状态 断面上存在严重显微疏松和一个3.2mm×2.0mm的气孔 断面上存在一处2.5mm×2.0mm的氧化皮夹杂 加强筋上存在一处2.2mm×1.8mm的夹砂 断面上存在三处平坦的脆断区 12WJ5AI900248 775.04.002 12WJ5A850086 775.04.001 12WJ5A850077 775.04.002 12WJ5A910311 775.04.002 需要阐明的是，在工艺过程中运用Sn-Bi合金定位后，叶片表面残留Sn、Bi元素是导致Sn-Bi12WJ5AI910311号发动机叶片缺陷的形成的因素之一。合金于叶片的工作温度下呈液态，对叶片的材料—K405合金能产生致脆效果，因而其折断叶片的断口属于脆断；另外的全是冶金缺陷，这和铸造过程中的偶然因素息息相关，因在X光的检验盲区没有发现缺陷。同时疲劳条带在断口上清晰可见，这些疲劳条带全都起始于缺陷处。
经过断口分析能够确定，带有缺陷的一级涡轮工作叶片是四起故障的罪魁祸首。
（2）材质分析
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一级涡轮工作叶片通过K405合金在真空条件下精铸而成，每熔批全都进行了力学性能以及化学成分检测，然后记录存档。通过检查故障件熔批的理化分析记录，其力学性能和化学成分符合验收技术标准，因而可以排出材料力学性能不达标造成故障的因素。
（3）过热分析
通过四台发动机故障叶片金相检测，没有发现γ′相聚集、长大、回溶现象，因此排出了金属过热造成故障的因素。 2.2.3台架动应力测试
为查明在发动机全转速范围内一级涡轮工作叶片是否有危险共振产生，展开了台架动应力测试，该试验运用电测法进行，试验结果显示：没有发现一级涡轮工作叶片在发动机全转速范围内存在危险的共振。 2.2.4结构应力计算分析
一级涡轮工作叶片为伸根结构、对分大圆弧齿带冠、叶身带7个径向冷却孔。为了避开冷却孔进气口，伸根设计成和中心线成32o50＇的夹角，设一加强筋在叶身重心下方。
针对四起折断故障的断裂部位全都是伸根段，为查明强度设计的薄弱区域是否存在于申根段，运用大型的结构应力分析计算程序对伸根段展开了三维的有限元弹性应力分析。
计算状态：取最大载荷状态-起飞Ⅱ状态。 伸根段的工作温度：660℃。 660℃时材料的屈服极限：σ
0.2 =754MPa。
临界条件：依据叶片实际工作情况设计三种临界条件，三种临界条件在工作 时均可能出现。
计算结果显示，三个大应力区存在于叶片申根段： 1区—第一隼齿齿底；
2区—伸根与下缘板转接段下部；
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第2章 WJ5甲型发动机以及涡轮工作叶片折断故障
3区—伸根的加强筋上部。
三个大应力区于各种临界条件下的最大主应力见表2-2。
表2-2 三种临界条件下大应力区的最大主应力 大应力区 Ⅰ区 Ⅱ区 Ⅲ区 第一种临界条件 1652 754.2 823.5 第二种临界条件 1092.6 723.6 887.4 第三种临界条件 1062 605.7 814.5 为检验计算的准确性，还进行了光弹实验。光弹试验结果与应力计算结果大体一致，因而验证了以上结果。
能够看出，于三种临界条件下，除开Ⅱ区在屈服极限附近外，Ⅰ、Ⅲ区局部应力均已高于屈服极限，Ⅰ区的弹性应力最大，然依据计算结果，Ⅰ区的应力梯度相对较大，因此，尽管在此区产生了疲劳裂纹，其扩展速度也相当缓慢，厂内的各种试车已验证了这一点，而Ⅱ区虽然应力水平低于Ⅰ区，然其应力梯度较小，故一旦产生裂纹便会迅速