航天發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片失效分析

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片失效分析渦輪葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)最主要的部件之一， 高溫 1600-1800 度長(zhǎng)期工作、 要承受 300米/ 秒左右的風(fēng)速、高負(fù)荷根據(jù)作用力的大小確定、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的 典型熱端機(jī)械構(gòu)件， 它的設(shè)計(jì)制造性能和可靠性直接關(guān)系到整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能水 平耐久性和壽命。 為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比， 葉片設(shè)計(jì)時(shí)常采用比強(qiáng)度高的新材 料；采用先進(jìn)復(fù)雜的冷卻結(jié)構(gòu)及工藝；降低工作裕度等措施來實(shí)現(xiàn)。因此，研究 渦輪葉片失效分析對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作平安及正確評(píng)估葉片的損傷形式和損傷程 度有重要意義。1. 渦輪轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)特點(diǎn)現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)多處采用多級(jí)軸流式渦輪。渦輪葉片具有氣動(dòng)力翼型型 面，為了使燃?xì)庀到y(tǒng)排出的

2、燃?xì)饬鞲o在整個(gè)葉片長(zhǎng)度上做等量得功， 并保證燃?xì)?流以均勻的軸向速度進(jìn)入排氣系統(tǒng)從葉根到葉尖有一個(gè)扭角， 葉尖處的扭角比葉 根處要大。渦輪轉(zhuǎn)子葉片在渦輪盤上的固定方法十分重要，現(xiàn)代大多數(shù)燃?xì)鉁u輪發(fā) 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子都采用“樅樹形榫齒。 這種榫齒精確加工和設(shè)計(jì)， 以保證所有榫齒都 能按比例承受載荷。 當(dāng)渦輪靜止時(shí)， 葉片在榫槽內(nèi)有一定的切向活動(dòng)量； 而當(dāng)渦 輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，離心力將葉根拉緊在盤上。渦輪葉片材料是保證渦輪性能和可靠性的根底，渦輪葉片早期是用變形 高溫合金， 采用鍛造的方法制造。 由于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與精鑄技術(shù)的開展， 發(fā)動(dòng)機(jī)渦 輪葉片從變形合金開展為鑄造合金從實(shí)心開展為空心， 從多晶開展為單晶， 從而

3、 大大提高了葉片的耐熱性能。 由于鎳基單晶超合金具有卓越的高溫蠕變性能已成 為制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的重要材料。渦輪葉片的工作條件和受力分析2. 葉片的工作條件渦輪葉片時(shí)直接利用高溫高速燃?xì)庾龉Φ年P(guān)鍵部件，溫度高負(fù)荷大應(yīng)力 狀態(tài)復(fù)雜工作環(huán)境非常惡劣。 渦輪葉片在高溫燃?xì)獾墓ぷ鳁l件下， 高溫氧化和燃 氣腐蝕那么是其主要的外表損傷形式。 氧和硫是影響鎳基合金高溫合金氧化抗力最 有害的兩種元素。氧化晶界擴(kuò)散與晶界上的Cr。Al. 0和Ti等元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成氧化物， 然后氧化物開裂， 使疲勞裂紋萌生與擴(kuò)展。 硫以引起晶界脆化的 方式加速疲勞裂紋的萌生與擴(kuò)展0渦輪轉(zhuǎn)子葉片在工作中一直處于高溫工作狀態(tài)

4、，因此熱疲勞和高溫蠕變 性能也是渦輪轉(zhuǎn)子葉片的重要失效抗力指標(biāo)0渦輪轉(zhuǎn)子葉片主要是共振，在一般情況下很少出現(xiàn)顫振。3. 渦輪轉(zhuǎn)子葉片受力分析發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，作用在渦輪轉(zhuǎn)子葉片上的力主要有以下幾種：葉片自 身質(zhì)量產(chǎn)生的離心力；作用在葉片上的彎曲應(yīng)力；熱應(yīng)力；振動(dòng)應(yīng)力。葉片自身質(zhì)量產(chǎn)生的離心力渦輪葉片任一垂直于葉片軸線橫截面上的離心拉應(yīng)力，等于該截面上的 離心力沿葉片軸線方向的分量與截面面積之比。 常用數(shù)值積分法求不同截面上的 離心拉伸應(yīng)力，將葉片分成n段，從葉尖到葉根有0, 1, 2, ,n,共n+1個(gè)截面，該葉片第 i 個(gè)截面面積為 Ai 那么該截面上的離心拉伸應(yīng)力為3-1 葉片分段愈小, 計(jì)

5、算結(jié)果就越精確。 離心拉伸應(yīng)力在葉尖截面處為零。 向葉根方 向逐漸增大,根部截面的離心拉伸應(yīng)力最大。作用在葉片上的彎曲應(yīng)力燃?xì)怛?qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片,有很大的橫向其體力作用在葉片上,從而產(chǎn)生 彎曲應(yīng)力,還會(huì)引起扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。假設(shè)轉(zhuǎn)子葉片各截面重心的連線不與 z 軸重合, 那么葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力還將引起離心力彎矩。 作用在轉(zhuǎn)子葉片某一截面上的 總彎矩應(yīng)等于作用在該截面上的氣體力彎矩和離心力彎矩的代數(shù)和熱應(yīng)力對(duì)于渦輪葉片轉(zhuǎn)子,不僅工作溫度高,而且葉型厚度變化大。在燃?xì)獾?沖擊下,會(huì)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。此外。發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的變化,使葉片的溫度也 隨之變化, 尤其在啟動(dòng)停車時(shí)溫度變化更為劇烈。 在發(fā)動(dòng)機(jī)使用過

6、程中, 每啟動(dòng) 和停車一次, 渦輪葉片上就會(huì)出現(xiàn)一次交變的熱應(yīng)力。 一般可用以下公式進(jìn)行簡(jiǎn) 單的計(jì)算(3-3)式中 零件指定部位熱應(yīng)力 ;E材料的彈性模量;材料的熱膨脹系數(shù)；受熱部件指定部位的溫度變化梯度。熱應(yīng)力對(duì)渦輪轉(zhuǎn)子葉片強(qiáng)度的影響是不可無視的。一方面材料的力學(xué)性 能隨溫度升高而降低， 另一方面葉片上的某些部位總應(yīng)力將增大， 這就使葉片的 平安裕度明顯下降。 為了提高渦輪葉片的平安裕度應(yīng)采取措施減小熱應(yīng)力， 其中 包括：1 。在滿足氣動(dòng)性能的前提下， 盡量減小葉片的厚度差， 特別是排氣邊緣 不可過薄。有時(shí)可將葉片設(shè)計(jì)成空心的，以使壁厚盡可能均勻。2 。采取適當(dāng)?shù)睦鋮s方法， 使葉片的溫度下降

7、， 溫差減小， 以降低熱應(yīng)力。3 。選用導(dǎo)熱性能好的葉片材料， 使葉片上的溫度分布盡快趨向均勻， 以 減少熱應(yīng)力。振動(dòng)應(yīng)力由于氣流的擾動(dòng)等原因會(huì)激起葉片振動(dòng)，使葉片產(chǎn)生交變的彎曲應(yīng)力和 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。 大量失效分析結(jié)果說明， 渦輪葉片的斷裂失效， 大多數(shù)是由于在離心 應(yīng)力的根底上疊加了振動(dòng)應(yīng)力所致。下一局部將單獨(dú)討論。4. 轉(zhuǎn)子葉片的振動(dòng)類型及其特征轉(zhuǎn)子葉片在工作狀態(tài)下要承受大的離心應(yīng)力載荷，如果再疊加上非正常 工作情況下引起的振動(dòng)交變載荷那么極有可能導(dǎo)致葉片早起疲勞斷裂失效。 大局部 轉(zhuǎn)子葉片的疲勞斷裂失效均與各種類型的振動(dòng)有關(guān)。轉(zhuǎn)子葉片的震動(dòng)分類與根本振型渦輪葉片在實(shí)際工作中出現(xiàn)振動(dòng)，按振動(dòng)的

8、表現(xiàn)形式分，主要有強(qiáng)迫振 動(dòng)、顫振、旋轉(zhuǎn)失速和隨機(jī)振動(dòng)四種；按照葉片振動(dòng)里的來源分，有強(qiáng)迫振動(dòng)和 自激振動(dòng)；按作用在葉片上的應(yīng)力分有振動(dòng)彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。對(duì)于實(shí)際葉片振動(dòng)分析， 主要是自振頻率、 振型、 振動(dòng)應(yīng)力和激振力的來源四個(gè) 因素。在一般清快下，頻率越高，振幅越小，危險(xiǎn)性也就越小，大幅低頻振動(dòng)最 為危險(xiǎn)。振型是指葉片以某階自振頻率振動(dòng)時(shí)，葉片各局部的相對(duì)振動(dòng)關(guān)系。典 型的振型有一彎、二彎、三彎和一扭、二扭等。對(duì)于渦輪轉(zhuǎn)子來說，主要是一彎 和一扭振型。尾流激振在發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)形氣流通道中存在障礙物，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)子經(jīng)過這些障礙物時(shí)， 葉片所受的氣動(dòng)力將有所改變， 會(huì)引起激振力。 火焰筒出口流場(chǎng)分布是

9、不均勻的， 對(duì)于渦輪轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生類似于均布障礙物的影響也會(huì)引起激振力。顫振顫振屬于自激振動(dòng)，葉片的振型與頻率都與尾流激振大致相同，它與強(qiáng) 迫振動(dòng)不同之處在于它不伴有任何帶頻率的激振力。 顫振的頻率根本上由葉片本 身的幾何尺寸和材料性質(zhì)所決定，因而稱為“自激振動(dòng)。顫振有亞音速失速、亞音速非失速、超音速失速、超音速非失速及堵塞 顫振等。葉片自激振動(dòng)時(shí)必然要從氣流中吸取能量， 以補(bǔ)償震動(dòng)的阻尼場(chǎng)。 發(fā)生 顫振的必要條件是氣流攻角大于臨界攻角， 葉背氣流別離引起升力變化， 導(dǎo)致顫 振。 顫振多發(fā)生在壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，而渦輪轉(zhuǎn)子葉片很少見到 顫振。顫振的危害性很大， 可在極短時(shí)間內(nèi)使葉片發(fā)生斷裂失效， 而且

10、往往使一 個(gè)扇形面內(nèi)的多個(gè)葉片斷裂。隨機(jī)振動(dòng)隨機(jī)振動(dòng)在各個(gè)頻率下都有激振力，這些激振力作用在葉片上，會(huì)引起 葉片普遍的強(qiáng)迫振動(dòng)， 而在某幾個(gè)頻率下引起共振， 這幾個(gè)頻率就是葉片的自振 頻率。隨機(jī)振動(dòng)的激振源是強(qiáng)大的噪聲， 故又將此引起的葉片疲勞成為噪聲疲勞， 噪聲源是葉片對(duì)氣流的干擾和氣流燃燒。 噪聲越大，激振力越強(qiáng)， 葉片受損可能 性越大。5. 葉片的失效模式分析葉片產(chǎn)生失效的主要原因，歸納起來主要包括：熱疲勞在內(nèi)的低循 環(huán)疲勞。 振動(dòng)引起的高循環(huán)疲勞， 高溫長(zhǎng)時(shí)間載荷作用下的蠕變變形和蠕變應(yīng)力 斷裂，高溫燃?xì)鉀_刷腐蝕和氧化、 以及外物損傷等。 轉(zhuǎn)子葉片的失效模式隨工作 條件的不同而有所不同

11、，主要是外物損傷、變形伸長(zhǎng)和斷裂三種失效形式。葉片的外物損傷失效主要表現(xiàn)為凹坑、掉塊、表層剝落、彎曲變形、裂 紋和折斷等。其中凹坑、裂紋等損傷往往會(huì)成為腐蝕和疲勞斷裂的初因。轉(zhuǎn)子葉片變形伸長(zhǎng)失效的直接后果是葉身與機(jī)匣相磨，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的使 用可靠性。其主要原因有：材料選用不當(dāng)或熱處理工藝不當(dāng)使葉片的屈服強(qiáng)度偏 低；葉片工作溫度過高，是葉片強(qiáng)度降低；或者發(fā)動(dòng)機(jī)超轉(zhuǎn)，造成離心力過高。 葉片變形失效在實(shí)際使用中出現(xiàn)的概率較低。 判斷葉片是否發(fā)生變形伸長(zhǎng)的主要 依據(jù)是檢查機(jī)匣有無磨損的痕跡或檢查葉片是否由于使用溫度過高而發(fā)生蠕變。轉(zhuǎn)子葉片出現(xiàn)斷裂失效的概率最高，其危害性也最大，往往是一個(gè)葉片 折斷而打壞

12、其他葉片， 乃至使整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)無法工作而危及飛行平安。 除因外物撞 擊造成葉片瞬時(shí)過載斷裂外， 絕大多數(shù)是由于各種原因引起的不同類型的疲勞斷 裂失效。葉片疲勞斷裂失效主要是因?yàn)殡x心力疊加彎曲應(yīng)力引起的疲勞斷裂、由 振動(dòng)環(huán)境引起的顫振， 扭轉(zhuǎn)共振、 彎曲振動(dòng)疲勞斷裂以及由環(huán)境介質(zhì)以及接觸狀 態(tài)引起的高溫疲勞、 微動(dòng)疲勞和腐蝕損傷導(dǎo)致的疲勞斷裂。 但由于葉片工作環(huán)境 的復(fù)雜性，葉片實(shí)際的疲勞斷裂往往并非上述某一模式。而是多種情況的疊加。葉片的低周疲勞斷裂失效轉(zhuǎn)子葉片在實(shí)際運(yùn)行過程中， 一般情況下不容易出現(xiàn)低周疲勞斷裂失效， 但在以下三種情況下，會(huì)出現(xiàn)低周疲勞斷裂失效：1. 葉片危險(xiǎn)截面上所受的正常工

13、作應(yīng)力雖低于材料的屈服強(qiáng)度，但當(dāng)危 險(xiǎn)截面附近存在范圍較大的嚴(yán)重區(qū)域性缺陷。 在該區(qū)域中的缺陷使附近的較大區(qū) 域內(nèi)的盈利超過材料的屈服強(qiáng)度而產(chǎn)生大范圍的塑性變形， 在此情況下葉片會(huì)出 現(xiàn)低周疲勞斷裂失效。2. 由于設(shè)計(jì)考慮不周是葉片危險(xiǎn)截面上局部區(qū)域的工作應(yīng)力接近或超過 材料的屈服強(qiáng)度， 且危險(xiǎn)截面處存在不必要的缺陷， 那么葉片會(huì)提前出現(xiàn)低周疲勞 斷裂失效。3. 當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片出現(xiàn)如顫振、共振、超溫等非正常情況，葉片的危險(xiǎn)截面 上的整體應(yīng)力水平該于材料的屈服強(qiáng)度，葉片也會(huì)出現(xiàn)低周疲勞斷裂失效。低周疲勞斷裂失效大都與設(shè)計(jì)因素有關(guān)，大多出現(xiàn)在葉片根部附近，典 型的葉片低周疲勞斷口上一般不存在明顯的疲勞

14、弧線。葉片扭轉(zhuǎn)共振疲勞斷裂失效葉片扭轉(zhuǎn)共振疲勞斷裂失效一般為高周疲勞斷裂失效。具有如下典型特 征：1. 發(fā)生在扭轉(zhuǎn)共振節(jié)線上的掉角；2. 葉片疲勞斷口上存在的疲勞弧線清晰可見，但疲勞線條非常細(xì)密。3. 斷裂一般始于葉背，向葉盆擴(kuò)散，疲勞區(qū)占據(jù)大局部斷裂面面積。4. 葉片的斷裂均起源于電腐蝕坑或外物打傷處葉片扭轉(zhuǎn)共振疲勞斷裂有兩個(gè)重要因素，一是出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)共振，而是葉片 外表普遍存在的點(diǎn)腐蝕或遭受到外物打擊。葉片的彎曲振動(dòng)疲勞斷裂失效彎曲振動(dòng)疲勞斷裂失效也是葉片常見的斷裂失效，且通常為高頻失效， 其斷裂循環(huán)周次N，對(duì)于渦輪葉片一般N在105106之間。葉片的疲勞斷裂位 置與彎曲振動(dòng)振型密切相關(guān)。 在

15、彎曲振動(dòng)引起的疲勞斷裂失效中， 一彎振型最為 常見，且危害性大。這是因?yàn)橐粡澱駝?dòng)出現(xiàn)在葉片根部，振動(dòng)應(yīng)力值最高，離心 力也大。當(dāng)葉片出現(xiàn)一階彎曲共振時(shí)， 由于彎曲振動(dòng)應(yīng)力的作用， 葉片有可能出 現(xiàn)斷裂疲勞失效。 為防止葉片在葉身處出現(xiàn)疲勞斷裂失效的最有效方法就是防止 葉片出現(xiàn)一彎共振， 即控制葉片的靜頻， 同時(shí)可以考慮增加葉片的振動(dòng)阻尼， 有 效地抑制葉片的震動(dòng)。另外，可以從控制冶金材質(zhì)、外表、加工工藝等方面采取 措施，以提高葉片的疲勞抗力。轉(zhuǎn)子葉片的高溫疲勞與熱損傷疲勞斷裂失效渦輪轉(zhuǎn)子葉片是在高溫環(huán)境下工作，承受溫度交變和應(yīng)力交變作用，因 而有可能出現(xiàn)蠕變損傷和疲勞損傷。 工程上將因蠕變與疲

16、勞發(fā)生作用而導(dǎo)致的斷 裂失效稱為高溫疲勞斷裂失效。轉(zhuǎn)子葉片出現(xiàn)斷裂失效必須同時(shí)具備以下三個(gè)條件時(shí)，才可以判斷為高 溫疲勞斷裂失效： 1葉片疲勞斷口的源區(qū)呈沿晶斷裂特征； 2葉片斷裂處的溫度超過材料的臨界蠕變溫度； 3葉片疲勞斷裂處只承受呈方波形狀的離心拉伸應(yīng)力，其手里水平超過臨界值，即超過材料在該溫度下的蠕變極限或疲勞極限。一般情況下轉(zhuǎn)子葉片很少出現(xiàn)高溫疲勞斷裂失效。但渦輪轉(zhuǎn)子在實(shí)際應(yīng) 用中因熱損傷出現(xiàn)的疲勞斷裂失效那么較為常見。 發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過程中， 由于非正 常工況如喘振、進(jìn)氣道畸變、燃油調(diào)節(jié)不良、噴油霧化不良及操作失誤等引 起短時(shí)間超溫而使零件受過熱或過燒損傷的現(xiàn)象稱為過熱損傷。 遭受熱

17、損傷的轉(zhuǎn) 子葉片易發(fā)生疲勞斷裂。由熱損傷引起的疲勞斷裂根本特征如下： 1葉片斷裂部位通常在葉片的最高溫度區(qū)內(nèi)，斷面垂直于葉片軸線； 2斷裂起始于葉片進(jìn)氣邊邊緣，源區(qū)斷面呈深黑色，氧化嚴(yán)重，擴(kuò)展區(qū)斷面較平坦，顏色明顯不如源區(qū)深，有疲勞弧線，瞬斷區(qū)4對(duì)沃爾沃轉(zhuǎn)子葉片出現(xiàn)熱損傷疲勞斷裂失效的原因是發(fā)動(dòng)機(jī)在超過規(guī)定溫度的情 況下運(yùn)轉(zhuǎn)造成的， 根據(jù)其嚴(yán)重程度可以分為過熱超溫和過燒超溫。 還可以根據(jù)時(shí) 間長(zhǎng)短分為短期超溫和長(zhǎng)期超溫。 短期朝聞是指時(shí)間在幾秒鐘到幾分鐘之內(nèi)， 其 產(chǎn)生原因主要是發(fā)動(dòng)機(jī)喘振， 進(jìn)氣道畸變或操作失誤等情況； 長(zhǎng)期超溫時(shí)間一般 在幾十分鐘以上， 主要產(chǎn)生原因是由于發(fā)動(dòng)機(jī)溫度裕度缺乏

18、， 燃油霧化不良或燃 油調(diào)節(jié)器故障等。轉(zhuǎn)子葉片微動(dòng)疲勞斷裂失效當(dāng)兩個(gè)零件的接觸外表之間存在法向壓力并做小幅值的相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，由 于機(jī)械和化學(xué)的聯(lián)合作用， 會(huì)產(chǎn)生包括微動(dòng)疲勞、 微動(dòng)磨損、 微動(dòng)腐蝕在內(nèi)的微 動(dòng)損傷。 微動(dòng)疲勞產(chǎn)生微裂紋、 微動(dòng)磨損改變尺寸而喪失正常的配合關(guān)系， 以及 微動(dòng)腐蝕引起的外表腐蝕損傷等都會(huì)大大降低零件的疲勞抗力。 同時(shí)微動(dòng)損傷部 位在兩零件的外表接觸處， 不分解很難進(jìn)行有效的監(jiān)控和檢測(cè)。 在微動(dòng)過程中對(duì) 微動(dòng)損傷起作用的主要參數(shù)有：1. 匹配零件兩接觸面之間的相對(duì)滑動(dòng)幅值與頻率；2. 兩接觸面間應(yīng)力大小、方向及其變化；3. 匹配零件的材料及接觸外表的狀態(tài)；4. 兩接觸面

19、間的溫度及環(huán)境。這些參量的相互作用及影響不同，微動(dòng)損傷的表現(xiàn)形式也不同，其中以 微動(dòng)疲勞損傷對(duì)構(gòu)件的疲勞壽命影響最大。由微動(dòng)損傷引起的疲勞斷裂失效有如下兩種情況：1. 戴冠葉片的葉冠微動(dòng)磨損引起葉冠之間的間隙增大，使葉片所受的振 動(dòng)應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力也相應(yīng)的增大， 當(dāng)其綜合應(yīng)力超過允許值時(shí)， 就會(huì)在葉片的危 險(xiǎn)截面處出現(xiàn)疲勞斷裂。2. 轉(zhuǎn)子葉片與輪盤的榫頭連接處， 結(jié)合面之間往往存在微小的相對(duì)滑動(dòng)， 極易出現(xiàn)微動(dòng)磨損傷面導(dǎo)致疲勞斷裂失效。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片與輪盤在工作過程中存在著溫度滯還，葉片和 輪盤連接處不能采用過盈固裝的方法來減小與防治微動(dòng)， 因此在其連接接觸面之 間存在相對(duì)滑動(dòng)是必然的。

20、 在這種情況下，為了防止或減小二者之間的微動(dòng)損傷， 一般可采取以下措施：1. 合理選材，盡量使葉片與輪盤材料的線膨脹系數(shù)相接近，或選用膨脹 系數(shù)低的材料；2. 在微動(dòng)外表造成剩余壓應(yīng)力，如采用噴丸，冷滾壓等措施；3. 在微動(dòng)接觸面上鍍銀或涂以干膜潤(rùn)滑等；4. 根據(jù)材料的線膨脹系數(shù)，正確控制裝配間隙。葉片腐蝕損傷疲勞斷裂失效渦輪轉(zhuǎn)子葉片在環(huán)境中，往往易遭受化學(xué)或電化學(xué)腐蝕損傷，其主要損 傷形式有點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、剝蝕和高溫腐蝕等。如果轉(zhuǎn)子葉片外表 遭受上述形式的腐蝕損傷正好處在葉片的最大應(yīng)力部位， 那么疲勞裂紋往往會(huì)在這 些損傷處萌生， 從而大大降低葉片材料的疲勞強(qiáng)度。 渦輪葉片的高溫

21、腐蝕損傷主 要有高溫氧化、熱腐蝕、碳化和燒蝕等。6. 渦輪葉片失效的診斷技術(shù)渦輪葉片常見的檢測(cè)技術(shù)有機(jī)上孔探檢測(cè)、修理車間檢測(cè)前的預(yù)清洗、 葉片完整性檢測(cè)以及無損探傷。機(jī)上孔探檢測(cè)渦輪葉片的機(jī)上孔探檢查，就是利用發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪機(jī)匣殼體上的探視孔， 使用孔探儀， 對(duì)渦輪葉片進(jìn)行可視檢查。 這種技術(shù)不必分解發(fā)動(dòng)機(jī)， 在飛機(jī)上就 可以進(jìn)行，簡(jiǎn)單快捷。孔探檢查可以有效發(fā)現(xiàn)渦輪葉片的燒熔、腐蝕、掉塊、裂 紋、積炭和冷卻孔堵塞等損傷缺陷情況， 從而有助于了解、 掌握渦輪乃至整臺(tái)發(fā) 動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀態(tài)和健康狀況， 完全徹底的檢查出渦輪葉片部位的危及飛行平安的 故障隱患、保證發(fā)動(dòng)機(jī)正?？煽窟\(yùn)轉(zhuǎn)。修理車間檢測(cè)前的預(yù)清洗

22、處理渦輪葉片外表粘附有燃料燃燒后的沉積物以及涂層和經(jīng)高溫氧化腐蝕后 產(chǎn)生的熱蝕層， 一般通稱為積炭。 由于積炭增加了葉片的厚度， 改變了葉間原有 的燃?xì)馔ǖ?，致使渦輪效率下降；另一方面，熱蝕層會(huì)降低葉片的機(jī)械強(qiáng)度；同 時(shí)積炭葉也掩蓋了葉片外表的損傷， 不便于檢測(cè)。因此葉片在進(jìn)行監(jiān)測(cè)和修理前， 要進(jìn)行除積炭清洗。葉片完整性檢測(cè)以前，通常用角規(guī)、卡尺等“硬測(cè)量?jī)x檢測(cè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的葉 身尺寸，雖然技術(shù)簡(jiǎn)單易行，但存在易檢測(cè)者人為因素的影響，檢測(cè)精度低，檢測(cè)效率低等缺點(diǎn)。 后來，在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的根底上， 編制微機(jī)控制自動(dòng)檢測(cè)所用的 應(yīng)用軟件， 開展研制了檢測(cè)渦輪葉片的葉身幾何形狀的坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，

23、自動(dòng)檢測(cè) 葉身的幾何形狀， 并于標(biāo)準(zhǔn)葉型進(jìn)行比擬自動(dòng)給出偏差檢測(cè)結(jié)果， 來判斷葉片的 可用度和所需采用的修理手段。盡管各種制造商的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)所采用的具體技術(shù)有所差異，但都有以下 共同特點(diǎn)：自動(dòng)化程度高；檢測(cè)速度快，通常一個(gè)葉片在 1min 內(nèi)檢測(cè)完畢；檢 測(cè)結(jié)果精度高；軟件可擴(kuò)充性好， 只要改變標(biāo)準(zhǔn)葉型數(shù)據(jù)庫就可以適合不同型號(hào) 的葉片檢測(cè)。無損檢測(cè)在實(shí)際檢測(cè)中，目視檢測(cè)是最簡(jiǎn)單的也是最常用的方法，它可以發(fā)現(xiàn)葉 片外表較明顯和尺寸較大的損傷， 但具有很大的認(rèn)為不確定因素， 檢測(cè)誤差較大； 光學(xué)顯微檢查可發(fā)現(xiàn)葉片外表較細(xì)微的裂紋； 磁粉、渦流、 滲透著色等無損檢測(cè) 技術(shù)手段也已廣泛應(yīng)用到渦輪葉片的

24、檢測(cè)中。但較為先進(jìn)的是用超聲波和 CT檢 測(cè)葉片結(jié)構(gòu)完整性。7. 提高渦輪葉片強(qiáng)度的幾種措施在渦輪葉片材質(zhì)一定，即葉片固有疲勞強(qiáng)度一定的情況下，葉片的抗疲 勞性能首先決定于其外表狀態(tài)， 因?yàn)椴牧贤獗韺拥木Ц袢毕輸?shù)目、 組織以及化學(xué) 成分的不均勻性遠(yuǎn)高于葉片的中心， 因此，在渦輪葉片外表形成一個(gè)高承載能力 的外表層對(duì)提高渦輪葉片的疲勞強(qiáng)度有重要意義。合理選材葉片疲勞強(qiáng)度是由材料的成分及其內(nèi)部組織狀態(tài)所決定的，不同的材料 具有不同的固有疲勞強(qiáng)度。在選擇鍛、鑄造葉片的材料時(shí)，應(yīng)選用純度高、缺陷 小、晶粒均勻、晶粒度適當(dāng)?shù)母咂趶?qiáng)度材料，確保渦輪葉片的固有疲勞強(qiáng)度。改進(jìn)工藝工藝因素對(duì)渦輪葉片疲勞強(qiáng)度的影響遠(yuǎn)大于尺寸因素的影響。先進(jìn)、合 理的工藝流程可以使葉片的疲勞性能穩(wěn)定、并提高葉片的承載能力。鍛、鑄造工藝為了提高葉片的鍛、鑄造質(zhì)量，因此在鍛、鑄造過程中要注意以下工作 參數(shù)的選擇： 1澆注溫度的選區(qū)應(yīng)以使型殼得到良好的填充和保證鑄件獲得最少的疏松為原那么 2型殼溫度的選擇應(yīng)與澆注溫度相配合 3冷卻速度。 影響葉片蠕變性能的主要因素是鑄造條