文档介绍：、铸造工艺 14航空发动机涡轮叶片失效分析涡轮叶片是航空发动机最主要的部件之一,是高温、高负荷、结构复杂的典型热端构件,它的设计制造性能和可靠性直接关系到整台发动机的性能水平耐久性和寿命。为了提高发动机的推重比,叶片设计时常采用比强度高的新材料;采用先进复杂的冷却结构及工艺;降低工作裕度等措施来实现。因此,研究涡轮叶片失效分析对提高发动机工作安全及正确评估叶片的损伤形式和损伤程度有重要意义。。涡轮叶片具有气动力翼型型面,为了使燃气系统排出的燃气流竜在整个叶片长度上做等量得功,并保证燃气流以均匀的轴向速度进入排气系统从叶根到叶尖有一个扭角,叶尖处的扭角比叶根处要大。涡轮转子叶片在涡轮盘上的固定方法十分重要,现代大多数燃气涡轮发动机转子都采用“枞树形”榫齿。这种榫齿精确加工和设计,以保证所有榫齿都能按比例承受载荷。当涡轮静止时,叶片在榫槽内有一定的切向活动量;而当涡轮转动时,离心力将叶根拉紧在盘上。涡轮叶片材料是保证涡轮性能和可靠性的基础,涡轮叶片早期是用变形高温合金,采用锻造的方法制造。由于发动机设计与精铸技术的发展,发动机涡轮叶片从变形合金发展为铸造合金从实心发展为空心,从多晶发展为单晶,从而大大提高了叶片的耐热性能。由于镍基单晶超合金具有卓越的高温蠕变性能已成为制造航空发动机热端部件的重要材料。,温度高负荷大应力状态复杂工作环境非常恶劣。涡轮叶片在高温燃气的工作条件下,高温氧化和燃气腐蚀则是其主要的表面损伤形式。氧和硫是影响镍基合金高温合金氧化抗力最有害的两种元素。氧化晶界扩散与晶界上的Cr。Al..。和Ti等元素发生化学反应形成氧化物,然后氧化物开裂,使疲劳裂纹萌生与扩展。硫以引起晶界脆化的方式加速疲劳裂纹的萌生与扩展。涡轮转子叶片在工作中一直处于高温工作状态,因此热疲劳和高温蠕变性能也是涡轮转子叶片的重要失效抗力指标。涡轮转子叶片主要是共振,在一般情况下很少出现颤振。,作用在涡轮转子叶片上的力主要有以下几种:叶片自身质量产生的离心力;作用在叶片上的弯曲应力;热应力;振动应力。,等于该截面上的离心力沿叶片轴线方向的分量与截面面积之比。常用数值积分法求不同截面上的离心拉伸应力,将叶片分成n段,从叶尖到叶根有0,1,2,……,n,共n+1个截面,该叶片第i个截面面积为Ai则该截面上的离心拉伸应力为 (3-1)叶片分段愈小,计算结果就越精确。离心拉伸应力在叶尖截面处为零。向叶根方向逐渐增大,根部截面的离心拉伸应力最大。,有很大的横向其体力作用在叶片上,从而产生弯曲应力,还会引起扭转应力。若转子叶片各截面重心的连线不与z轴重合,则叶片旋转时产生的离心力还将引起离心力弯矩。作用在转子叶片某一截面上的总弯矩应等于作用在该截面上的气体力弯矩和离心力弯矩的代数和 (3-2),不仅工作温度高,而且叶型厚度变化大。在燃气的冲击下,会产生很大的热应力。此外。发动机工作状态的变化,使叶片的温度也随之变化,尤其在启动停车时温度变化更为剧烈。在发动机使用过程中,每启动和停车一次,涡轮叶片上就会出现一次交变的热应力。一般可用下列公式进行简单的计算 (3-3)式中——零件指定部位热应力;E——材料的弹性模量;——材料的热膨胀系数;——受热部件指定部位的温度变化梯度。热应力对涡轮转子叶片强度的影响是不可忽视的。一方面材料的力学性能随温