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一种增压器涡轮盘和涡轮叶片短时超温损伤分析

刘轩  
【摘要】: 本文利用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OPM)和X射线衍射仪(XRD)等实验手段,对涡轮盘材料GH2036和涡轮叶片材料K418高温短时时效模拟处理样品进行了微观组织研究,确定出过热损伤组织形貌特征,并对增压器涡轮盘和涡轮叶片热损伤进行了失效原因分析。主要结论如下: (1)模拟高温短时时效研究: ①随着短时时效温度升高,K418合金的主要相组成未发生明显变化,仍为γ、γ′和MC相,但γ′相的点阵常数随着时效温度的提高略有增大。 ②随着短时时效温度升高,K418合金中的γ′开始聚集长大,且不断粗化。当温度超过γ′溶解限时,γ′开始回溶且其数量减少。当时效温度达到1200℃时,局部出现典型的过烧特征-(γ+γ′)共晶组织初熔现象。随着时效温度的升高,K418合金基体硬度略有增加。 ③随着短时时效温度升高,GH2036合金的碳化物沉淀析出区面积逐渐减少,沿晶链状碳化物明显长大。碳化物沉淀区的显微硬度大于非碳化物沉淀区的显微硬度,且随着时效温度的升高,无论沉淀区还是非沉淀区,硬度均呈下降趋势。 (2)涡轮盘和涡轮叶片热损伤分析: ①失效叶片服役环境温度过高,短时温度超过了合金固相线,使得叶身出现了γ+γ′共晶相回熔、晶界局部熔化和微熔等热损伤现象,降低了叶片的疲劳强度,引起叶片叶身萌生疲劳裂纹,导致其发生多源疲劳断裂。失效叶片的组织形貌与其未损伤样品在1200℃×1h高温短时时效的组织形貌特征相似、硬度也相当。 ②失效涡轮盘腹板与气封圈之间发生剧烈摩擦,致使涡轮盘摩擦表层温度急剧升高,降低了摩擦表层的屈服强度和断裂强度,最终导致涡轮盘腹板表层径向开裂失效。涡轮盘严重磨损表层的组织形貌与其未损伤样品在1150℃×1h高温短时时效的组织形貌特征相似、硬度也相当。


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