金屬材料失效分析案例文檔資料

1、2021/4/61材料失效分析l班級：xxxl組員：xxx2021/4/62案例 漳平電廠1號機葉片斷裂失效分析1、背景2 檢查、試驗2.1宏觀檢查2.2 斷口微觀檢查23化學成分24硬度測試25 沖擊試驗26 金相檢查 3 分析4 結(jié)論2021/4/631、背景 漳平電廠1號機系北京重型電機廠制造的沖動凝汽式汽輪機，其高壓轉(zhuǎn)子第8級葉片材料為2cr13。1998年4月大修揭蓋后發(fā)現(xiàn)該級葉片有一段圍帶殘缺約10cm長，有一個葉片在根部斷裂丟失，部分圍帶鉚釘頭有彈起現(xiàn)象。修復工作由電廠委托北京重型電機廠進行，其修復過程為：拆除5段圍帶及43片葉片，更換斷裂和受損的2個葉片及損壞的2段圍帶，復裝后

2、葉片與圍帶采用焊接固定，并對2段圍帶鉚釘頭彈起的部位進行打磨后焊補，修后機組恢復運行。2000年5月7日，汽輪機出現(xiàn)異常響聲，且振動不斷加劇，揭缸后發(fā)現(xiàn)高壓轉(zhuǎn)子第8級葉片丟落19個，部分圍帶脫落，第9級葉片及8、9、10級部分隔板磨損變形。對照1998年4月大修記錄，發(fā)現(xiàn)此次丟落的19個葉片大部分為當時修復處理過的葉片。由于此次葉片斷裂事故對轉(zhuǎn)子損傷較為嚴重，故把整個轉(zhuǎn)子送到制造廠修復。為了找出葉片斷裂的原因，我們開展了一系列的失效分析工作。 2021/4/642 檢查、試驗2.1宏觀檢查檢查發(fā)現(xiàn)丟落的19個葉片的斷裂部位均位于葉片倒/形槽根部的橫斷面上（見圖1）， 2021/4/65肉眼觀察

3、斷口表面呈紅褐色和灰褐色，有銹斑。斷口平坦并分成兩個區(qū)，其中大面積區(qū)呈光滑狀，小面積區(qū)呈纖維狀，個別斷口幾乎全部呈光滑狀。拆卸時發(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，即有三個區(qū)域組成：疲勞源，疲勞裂紋擴展區(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展區(qū)占大部分面積。圖2為疲勞源和疲勞裂紋擴展區(qū)，從中能明顯觀察到貝殼狀條紋，這是疲勞斷裂典型特征。進一步放大觀察發(fā)現(xiàn)斷口有類似臺階式線段（見圖3、4），這些線段不是平滑的，它是疲勞過程引起不穩(wěn)定滑移面上快速的裂紋擴展造成的。此外

4、，還能觀察到裂紋的存在，且從源區(qū)向心部發(fā)展。在疲勞裂紋擴展區(qū)，則能觀察到顆粒狀脆性斷裂特征（見圖5）。斷口開裂以穿晶斷裂為主，無沿晶斷裂跡象，也沒有介質(zhì)腐蝕引起的應(yīng)力腐蝕斷口形貌。這說明快速斷裂區(qū)是以韌窩為主的塑性斷裂。 2021/4/6623化學成分 分析損壞葉片取樣分析結(jié)果見表1。從表1可以看出，損壞葉片材料的化學成分合格。 2021/4/6724硬度測試 斷裂葉片根部側(cè)面布氏硬度測試結(jié)果見表2。表2表明，斷裂葉片的硬度值略偏高，推測葉片材料的強度較高。 2021/4/6825 沖擊試驗 26 金相檢查 選取斷裂葉片根部側(cè)面進行金相檢查分析，首先對未浸蝕的試樣表面進行檢查，發(fā)現(xiàn)其中一個倒形

5、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回火索氏體（見圖6），圖7為帶微裂紋處的金相照片，組織狀態(tài)正常。2021/4/69 3 分析(1)斷裂葉片的金相組織為正常的回火索氏體，材料化學成分合格，主要性能指標也基本正常。(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，裂紋擴展屬穿晶走向。2021/4/610(3)葉片根部疲勞斷裂與裝配質(zhì)量有關(guān)，高壓轉(zhuǎn)子葉片安裝時通常要求根部緊配合，但裂斷的第+級葉片根部卻是松配合，遂導致葉片在運行過程中產(chǎn)生振動并傳至根部，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，隨后裂紋不斷擴展，最終造成根部疲勞斷裂。(4)斷裂的19個葉片中，大部分斷口都屬于疲勞斷口，這表明在葉片發(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1號機高壓轉(zhuǎn)子第10級葉片大面積斷裂的主要原