喷丸强化7475-T7351铝合金的小裂纹行为和寿命预测

对7475-T7351铝合金进行了喷丸强化和未喷丸(机械加工后抛光)单边缺口拉伸(SENT)试样的小裂纹扩展行为试验研究,利用权函数法(WFM)和叠加原理分析计算了三维表面小裂纹在外加载荷和残余应力场联合作用下的应力强度因子(SIF),并将其加入到基于裂纹闭合的小裂纹扩展分析程序FASTRAN3.9中,采用该程序预测了均布外载荷σmax=160MPa、R=0.06下,喷丸强化和未喷丸SENT试样自然萌生裂纹扩展的a-N曲线。研究发现喷丸强化残余压应力对疲劳小裂纹扩展速率的降低是疲劳寿命延长最主要的原因,采用基于裂纹闭合的小裂纹扩展分析方法能够较好地定量描述喷丸强化的疲劳延寿作用。     

某高压压气机第4级转子叶片断裂分析

针对某燃气轮机在试车过程中高压压气机第4级转子叶片的断裂失效故障,通过外观检查、断口分析、表面检查、成分分析、组织检查、硬度测试和模拟试验等手段,对断裂性质和产生原因进行分析。结果表明:故障叶片为疲劳断裂。在试车过程中叶尖与机匣涂层严重碰摩,使叶片承受非正常冲击载荷是促使故障叶片产生疲劳裂纹的主要原因,叶片原始加工刀痕和喷丸质量差起促进作用。提出提高叶片加工质量,控制合理的叶片与机匣涂层之间的间隙的改进建议,以避免类似故障的发生。     

喷丸强化——解决壳体低应力爆破的途径

固体火箭发动机壳体低应力爆破现象,在发动机研制中屡见不鲜。壳体发生低应力爆破的主要原因是处于拉应力状态下的表面裂纹或类裂纹扩展到引起脆断的临界尺寸所致。而喷丸强化能使零件表面产生压应力,封闭零件表面裂纹或类裂纹,推迟裂纹扩张断裂时间,延长壳体使用寿命,减少低应力爆破。     

超高强度钢强化层的微观组织变化和疲劳裂纹扩展行为的透射电镜观察

用透射电镜对超高强度钢喷丸和挤压强化层中的精细组织、疲劳裂纹尖端塑性区内的位错结构、微观组织和裂纹扩展行为问的联系进行了研究。结果表明,不同试验条件所产生的拉应力和周期应力均可引起显微组织中残余奥氏体的应变相变和位错胞状组织。喷丸所产生的周期应力可导致下贝氏体内ε-碳化物的退化和显微组织中的亚晶。在塑性区内存在高位错密度的主位错带。就马氏体板条晶而论,裂纹扩展多为穿品,裂纹扩展遇到束界时方向发生较大变化。     

DD6 单晶合金涡轮叶片排气窗裂纹分析

针对DD6单晶合金涡轮叶片在试车一定时数后发生的排气窗裂纹故障,通过裂纹特征观察、断口形貌对比、金相组织检查、化学成分分析和微裂纹模拟试验等方法,进行裂纹性质及产生机理的研究。结果表明:叶片排气窗裂纹性质为疲劳裂纹,起源于间隔墙转接部位再结晶晶界处的微裂纹;试车时振动应力的作用使微裂纹扩展;间隔墙部位的再结晶晶粒在试车前已经存在,与过大的铸造残余应力有关,再结晶检验时腐蚀液侵蚀再结晶晶界形成微裂纹;在叶片铸造时,型芯强度对间隔墙再结晶有明显影响,型芯的强度越高,产生再结晶的几率越大。     

重型燃气轮机压气机第一级转子叶片断裂分析

为了明确某燃气轮机压气机第1级转子叶片在工作过程中断裂失效的性质和产生原因,通过外观检查、断口分析、表面检查、成分分析、组织检查、硬度测试和强度计算等手段进行分析。结果表明:故障叶片为疲劳断裂;在工作过程中叶尖与机匣处理环异常碰摩,使叶片承受非正常冲击载荷是导致故障叶片产生疲劳裂纹的主要原因;榫齿出现微动磨损及其未进行喷丸强化对裂纹萌生起促进作用。提出了对叶片榫齿工作面进行喷丸表面强化,控制合理的叶片与机匣处理环之间的间隙的改进建议,避免类似故障发生。     

航空发动机离子火焰探测器探管裂纹故障分析

某航空发动机试车后连续出现2起离子火焰探测器探管根部焊缝处裂纹故障,为查明故障原因,从外观检查、断口分 析、产品结构、加工过程等方面进行分析,确定了探管裂纹为疲劳裂纹,经分析确定2件故障产品焊缝处疲劳裂纹产生的原因分别 为：焊探管时2次手工氩弧焊堆焊时送丝速度不均匀造成焊趾凹凸不平;焊趾处为探管端熔合线,引起应力集中、探管材料表面存 在突起物造成。在发动机试车时,离子火焰探测器探管在热冲击、振动等交变应力作用下,从探管强度薄弱部位形成疲劳源,最终 导致裂纹沿径向贯穿探管壁厚,沿圆周方向继续扩展产生疲劳断裂。提出了明确焊缝表面形状、保证填料位置和速度、增加抛光 后荧光检查、增加探管焊缝放大镜检查、外场普查等预防和改进措施。     

表面再结晶层对DZA定向凝固合金低周疲劳性能影响

针对DZ4定向凝固合金表面再结晶层对材料性能的影响进行了低周疲劳实验研究,并通过岛津SEM伺服疲劳试验机进行表面裂纹实时观察跟踪.研究结果表明,表面再结晶层的存在对材料性能明显产生负面作用,低周疲劳寿命大大降低.不同喷丸强度试件在相同的高温退火条件下形成的再结晶具有不同的再结晶形态,高喷丸强度再结晶更加完全,晶界清晰平直,晶粒有长大的趋势.表层再结晶形态也对疲劳寿命的降低程度以及疲劳微裂纹萌生寿命和裂纹密度有较大的影响.较高喷丸强度形成的再结晶层的试件疲劳寿命降低较少,表面微裂纹萌生较晚,裂纹密度也很低.低喷丸强度试件表面微裂纹大量萌生,密度非常高.再结晶层的晶界开裂是导致表面微裂纹大量萌生的根源,从而导致疲劳寿命大幅度降低.     

单边缺口拉伸试样喷丸强化残余应力及其三维应力强度因子分析

采用有限元计算软件ABAQUS/Explicit建立40Cr钢单边缺口拉伸(SENT)试样喷丸强化的三维有限元模型,分析各喷丸参数与强化后残余应力场的关系。用三维裂纹权函数法求解了三维表面裂纹在喷丸残余应力场下的应力强度因子,并分析各喷丸参数对残余压缩应力强度因子K_res的影响。计算结果表明:当裂纹尺寸较小时,表面残余压缩应力越大,残余压缩应力强度因子绝对值-K_res越大;随着裂纹尺寸的增加,残余压应力层越深,-K_res最大值的发生位置也越深;当裂纹达到一定尺寸时,-K_res受残余压应力场深度变化规律的影响,即残余压应力场的深度越大,-K_res越大。     

发动机压气机整流器叶片裂纹成因及对策研究

某发动机在试车过程中,发现压气机前排整流器叶片进气边出现裂纹,对叶片裂纹进行分析表明,主要是由于在空慢转速发生共振所致疲劳断裂,同时加工尺寸超差及材料性能不合格也是影响因素。采取对叶片局部加厚调整振动特性、控制加工质量等措施,使问题得到解决。经过试车验证采取的对策措施是有效的。     

高温合金涡轮转子叶片裂纹形成机理

高温合金涡轮转子在经历过多次发动机试车后荧光检查发现叶片根部存在裂纹,对涡轮转子叶片裂纹进行分析。结果表明,涡轮转子叶片裂纹位于叶片根部进出口薄壁区,裂纹的开裂模式为高温疲劳开裂,属于低周疲劳,为寿命型失效。试车过程中转子叶片根部应力集中部位在高温及交变应力的交互作用下,叶尖根部应力集中区域发生蠕变和晶界择优氧化,高温蠕变和沿晶氧化相互促进,导致叶片根部的晶界弱化开裂,形成了疲劳源区,进而在后续工作过程中发生高温疲劳扩展。     

航空发动机自由涡轮叶片裂纹故障分析

针对某涡桨发动机在试车过程中发生的自由涡轮叶片裂纹故障,对裂纹叶片进行荧光检查、叶片测频和冶金分析,并通过MSC/PATRAN有限元分析软件确定叶片的振动特性。结果表明:叶片裂纹发生的原因为叶片的第5阶固有频率与导叶激励频率接近而发生共振,引起叶片发生高阶振动,造成叶片高周疲劳失效所致。重点调整螺旋桨的工作转速范围,使其基本处于规定的安全工作转速范围内。后经1000 h试车验证,均未再发生类似故障。     

不同喷丸强度对TC17钛合金抗疲劳性能影响

为提升TC17钛合金抗疲劳性能,对其表面进行喷丸处理。通过旋转弯曲疲劳试验、断口分析、残余应力场分析、表层组织分析及喷丸前、后钛合金表面完整性分析等手段,开展不同喷丸强度对TC17钛合金抗疲劳性能影响研究。结果表明：喷丸强化后钛合金表面粗糙度增大,由0.315μm变为0.5～1.0μm;表层发生塑性变形,晶粒发生细化;表面引入残余压应力,残余压应力层深约为125～151μm,最大残余压应力位于层深30μm附近处。0.3 mm·N喷丸状态旋转弯曲试样疲劳寿命优于其他状态试样,在740 MPa和840 MPa应力水平下,分别比未喷丸状态试样疲劳寿命提升4.5倍与7.5倍。疲劳寿命提升归因于试样表层晶粒细化、高密度位错组织及残余压应力对疲劳裂纹萌生与扩展的抑制作用。0.35 mm·N与0.4 mm·N喷丸状态试样疲劳寿命下降与喷丸强度过大时试样表面粗糙度高,并有脱层及微裂纹生成有关。     

航空发动机进口整流支板防冰槽裂纹故障分析

为了排除某型发动机进口整流支板裂纹故障,利用故障树的排查方法分析了故障原因,并对试验件进行了断口分析、尺 寸测量、动应力及残余应力测试、防冰槽结构形式及表面状态疲劳对比试验。结果表明：支板防冰槽裂纹产生的主要原因是进气机 匣焊接后残余应力较大,且防冰槽边缘存在应力集中,在试车过程中,防冰槽应力集中处在转子叶片激振的作用下萌生裂纹并扩 展。针对故障原因开展了结构改进设计与试验,提出了修改防冰槽宽度、倾角尺寸及增加重熔层控制等措施,使得该故障得以排除。     

喷丸处理构件疲劳寿命预测机理模型研究

提出了一种新的机理模型,该模型以喷丸处理构件裂纹扩展分析为基础,说明喷丸处理对机械构件疲劳寿命预测的影响。在裂纹扩展过程中,引入了表征表面粗糙度影响的渐进应力强度因子,并用时变残余应力函数改变裂尖应力比。用试验数据验证机理模型的有效性,结果表明,试验数据和模型预测非常吻合。     

陶瓷喷丸强化工艺在起落架构件上的应用

从陶瓷丸的固有属性以及陶瓷喷丸工艺对金属结构件性能的影响等方面进行了大量的分析和研究,针对铸钢丸、玻璃丸以及陶瓷丸3种喷丸工艺以及复合喷丸工艺进行了对比试验,从被喷金属件表面质量、喷丸参数以及表面产生的应力场进行了检测和分析.结果表明,3种喷丸工艺试验结果产生的残余压应力场深度相当,约为0.3mm,而陶瓷喷丸可以获得最高的最大残余压应力值,对于延缓超高强度钢零件表面微裂纹的产生和扩展,改善产品性能,提高抗疲劳寿命有较大贡献.另外,陶瓷丸成分为高质量的氧化锆和二氧化硅,环保性能好,无毒无害,对零件表面以及环境不会造成任何污染;硬度高,弹丸磨损小,且磨损后的弹丸表面光滑等.     

喷丸对DZ4 合金旋转弯曲疲劳断裂特征的影响

对喷丸前后DZ4高温合金旋转弯曲高周疲劳断口的断裂特征进行了观察.结果表明,室温和高温(820℃)时,未喷丸的DZ4合金高周疲劳裂纹均萌生于试样表面以及与表面相连的铸造缺陷或碳化物处.Kt=1时,疲劳断口为点源,源区存在滑移平面和滑移台阶;随着应力集中水平的升高(Kt=2,Kt=3),疲劳断口向多源和线源发展,源区滑移面变小甚至消失;随着温度的升高,断口源区滑移特征明显.喷丸后,疲劳裂纹源内移,裂纹萌生于试样次表面的晶体内部或铸造缺陷处.带缺口试样裂纹源减少,起源区域缩小,出现明显的主、次疲劳源.实验证明,喷丸可降低DZ4合金表面和缺口敏感性,对裂纹萌生有抑制作用,可提高材料的疲劳性能,随着温度升高,喷丸的强化作用逐渐减弱,但在820℃仍有强化作用.     

内插管扩张室消声器的试验研究及其在航空发动机试车台上的应用

试车台排气噪声强，达标治理难度大，把研制的内插管扩张室消声器应用到试车台排气塔上，具有降噪效果显，性能稳定，流阻小，耐温性好，不产生二次污染和造价低的优点。现已建成8座内插管扩张室消声装置，其中A109排气塔顶最高噪声级为77dB(A)，总的降噪能力在70dB以上，为国内大型发动机试车台的消声工程全面达到工业噪声控制和环保标准提供了实例。     

空气发生器排气锥支板裂纹修复工艺研究

工作中的空气发生器排气锥其支板处产生大量裂纹,通过焊前采用固熔处理恢复母材为奥氏体组织消除晶间贫铬、脉冲钨极氩弧焊对裂纹进行修复、焊后热处理消除残余应力,成功地修复了排气锥支板裂纹。     

某机低压0级工作叶片的加工工艺

针对某燃气轮机低压0级叶片的结构特点，抛弃原来电解加手工抛光的方法，用五轴连动数控加工中心加工叶身型面、缘板及进排气边缘，提高了大型面叶片的叶身表面加工质量和加工效率。