金屬材料失效分析案例PPT.ppt

1、材料失效分析,班級(jí)：XXX 組員：XXX,案例 漳平電廠1號(hào)機(jī)葉片斷裂失效分析,1、背景 2 檢查、試驗(yàn) 2.1宏觀檢查 2.2 斷口微觀檢查 23化學(xué)成分 24硬度測(cè)試 25 沖擊試驗(yàn) 26 金相檢查 3 分析 4 結(jié)論,1、背景 漳平電廠1號(hào)機(jī)系北京重型電機(jī)廠制造的沖動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)，其高壓轉(zhuǎn)子第8級(jí)葉片材料為2Cr13。1998年4月大修揭蓋后發(fā)現(xiàn)該級(jí)葉片有一段圍帶殘缺約10cm長(zhǎng)，有一個(gè)葉片在根部斷裂丟失，部分圍帶鉚釘頭有彈起現(xiàn)象。修復(fù)工作由電廠委托北京重型電機(jī)廠進(jìn)行，其修復(fù)過(guò)程為：拆除5段圍帶及43片葉片，更換斷裂和受損的2個(gè)葉片及損壞的2段圍帶，復(fù)裝后葉片與圍帶采用焊接固定，并對(duì)2段

2、圍帶鉚釘頭彈起的部位進(jìn)行打磨后焊補(bǔ)，修后機(jī)組恢復(fù)運(yùn)行。2000年5月7日，汽輪機(jī)出現(xiàn)異常響聲，且振動(dòng)不斷加劇，揭缸后發(fā)現(xiàn)高壓轉(zhuǎn)子第8級(jí)葉片丟落19個(gè)，部分圍帶脫落，第9級(jí)葉片及8、9、10級(jí)部分隔板磨損變形。對(duì)照1998年4月大修記錄，發(fā)現(xiàn)此次丟落的19個(gè)葉片大部分為當(dāng)時(shí)修復(fù)處理過(guò)的葉片。由于此次葉片斷裂事故對(duì)轉(zhuǎn)子損傷較為嚴(yán)重，故把整個(gè)轉(zhuǎn)子送到制造廠修復(fù)。為了找出葉片斷裂的原因，我們開(kāi)展了一系列的失效分析工作。,2 檢查、試驗(yàn) 2.1宏觀檢查 檢查發(fā)現(xiàn)丟落的19個(gè)葉片的斷裂部位均位于葉片倒/形槽根部的橫斷面上（見(jiàn)圖1），,肉眼觀察斷口表面呈紅褐色和灰褐色，有銹斑。斷口平坦并分成兩個(gè)區(qū)，其中大面

3、積區(qū)呈光滑狀，小面積區(qū)呈纖維狀，個(gè)別斷口幾乎全部呈光滑狀。拆卸時(shí)發(fā)現(xiàn)葉片根部裝配較松，極易取下。 2。2 斷口微觀檢查 斷口經(jīng)超聲波清洗干凈后在掃描電鏡下先以低倍（10倍）觀察，發(fā)現(xiàn)有典型的疲勞斷裂特征，即有三個(gè)區(qū)域組成：疲勞源，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)（顆粒狀脆性斷裂區(qū)）和最終快速斷裂韌性纖維區(qū)，其中疲勞源和疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)占大部分面積。圖2為疲勞源和疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)，從中能明顯觀察到貝殼狀條紋，這是疲勞斷裂典型特征。進(jìn)一步放大觀察發(fā)現(xiàn)斷口有類(lèi)似臺(tái)階式線段（見(jiàn)圖3、4），這些線段不是平滑的，它是疲勞過(guò)程引起不穩(wěn)定滑移面上快速的裂紋擴(kuò)展造成的。此外，還能觀察到裂紋的存在，且從源區(qū)向心部發(fā)展。在疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)

4、，則能觀察到顆粒狀脆性斷裂特征（見(jiàn)圖5）。斷口開(kāi)裂以穿晶斷裂為主，無(wú)沿晶斷裂跡象，也沒(méi)有介質(zhì)腐蝕引起的應(yīng)力腐蝕斷口形貌。這說(shuō)明快速斷裂區(qū)是以韌窩為主的塑性斷裂。,23化學(xué)成分 分析損壞葉片取樣分析結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出，損壞葉片材料的化學(xué)成分合格。,24硬度測(cè)試 斷裂葉片根部側(cè)面布氏硬度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。表2表明，斷裂葉片的硬度值略偏高，推測(cè)葉片材料的強(qiáng)度較高。,25 沖擊試驗(yàn),26 金相檢查 選取斷裂葉片根部側(cè)面進(jìn)行金相檢查分析，首先對(duì)未浸蝕的試樣表面進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)倒形槽的根部還存在微裂紋（微裂紋平直且走向平行于斷口表面）。用氯化鐵鹽酸水溶液浸蝕試樣表面后觀察其金相組織為具有位向的

5、回火索氏體（見(jiàn)圖6），圖7為帶微裂紋處的金相照片，組織狀態(tài)正常。,3 分析 (1)斷裂葉片的金相組織為正常的回火索氏體，材料化學(xué)成分合格，主要性能指標(biāo)也基本正常。 (2)葉片斷裂部位在倒*形槽根部的橫斷面上，亦即在應(yīng)力集中部位，是裂紋源萌生地，斷口具有典型的疲勞斷裂特征，裂紋擴(kuò)展屬穿晶走向。,(3)葉片根部疲勞斷裂與裝配質(zhì)量有關(guān)，高壓轉(zhuǎn)子葉片安裝時(shí)通常要求根部緊配合，但裂斷的第+級(jí)葉片根部卻是松配合，遂導(dǎo)致葉片在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)并傳至根部，根部與葉輪槽表面產(chǎn)生摩擦，從而使根部表層晶粒持續(xù)滑移帶極易萌生裂紋，即產(chǎn)生疲勞源，隨后裂紋不斷擴(kuò)展，最終造成根部疲勞斷裂。 (4)斷裂的19個(gè)葉片中，大部分?jǐn)嗫诙紝儆谄跀嗫冢@表明在葉片發(fā)生大面積斷裂前，其根部已產(chǎn)生或大或小的疲勞裂紋，最后導(dǎo)致部分葉片先斷裂，并引起其余葉片提前斷裂。,4 結(jié)論 漳平電廠