航空发动机涡轮盘轮缘凸块塑性变形失效分析

针对某航空发动机在工作过程中发生的涡轮盘轮缘凸块局部异常塑性变形故障,对故障涡轮盘进行失效分析。在此基 础上,通过开展无应力及附加应力的加热模拟试验,总结了GH4169合金组织中δ相的3种析出形貌,以及加热温度、时间、应力3种因素对δ相析出的影响规律。通过对比硬度测试及温色试验结果,明确了GH4169合金试样在700 ℃以下组织和硬度无明显变化,但颜色变化明显;在700 ℃以上,随着δ相析出量的增加其硬度不断减小,而颜色却几乎无变化。结果表明：故障涡轮盘轮缘凸块部位的塑性变形是由于发动机工作过程中超温引起的,故障部位的实际工况达到了约750 ℃、100 h左右的超温。落实改善涡轮盘轮缘的冷却环境、提高涡轮部件加工及装配精度的改进措施后,涡轮盘通过了首翻期加速模拟、经起飞状态摸底和适航状态长时试车验证,无类似故障再次发生。     

GH4169合金螺栓基于失效模式的制造规范研究

介绍了GH4169合金螺栓的失效模式,分析了造成GH4169合金螺栓失效的制造过程原因,并针对性地制订了GH4169合金的制造规范,旨在为本行业的工程技术人员提供参考。     

改型发动机紧固件防腐蚀研究

针对改型发动机中紧固件的防腐蚀问题进行研究。分析了改型发动机的使用环境,对目前国内外航空装备的腐蚀防护与控制研究成果进行了简要介绍。选取典型材料40Cr Ni Mo A、GH2132、GH738、GH4169和0Cr18Ni9的螺栓、螺母和管路连接件进行盐雾试验、湿热试验和酸性大气试验以及典型连接件的盐雾试验,分析现有发动机用紧固件的腐蚀防护能力。试验表明,材料、表面质量、表面防护、安装等对紧固件的腐蚀有较大影响,进而从合理选材、结构设计、表面防护与工艺等方面提出了紧固件腐蚀防护与控制的技术要点,为后续紧固件的设计提供技术支持。     

某型发动机螺栓断裂故障分析

某型发动机一级涡轮导向器装配过程中发生螺栓断裂故障。对引起螺栓断裂的因素进行分析,并对断裂螺栓的断口进行宏观、微观观察和能谱分析,最终确定断裂原因。     

GH4169高温合金涡轮盘表面径轴向裂纹的渗透检测可行性

分别选用ZL-27A与ZL67渗透液对GH4169涡轮盘表面径轴向裂纹进行高灵敏度后乳化型与高灵敏度水洗型荧光渗透检测,超声波预清洗30 min后,渗透液浸渍与滴落60 min。利用体式镜和扫描电镜研究径轴向裂纹的宏观与微观特征。研究结果表明：GH4169高温合金涡轮盘在锻造过程中造成的表面径轴向裂纹,在高温下被表面氧化形成Cr2 O3为主的复杂氧化物层堵塞开口,使得渗透检测方法对其检出并不十分有效。     

不同时效处理对GH4169合金组织性能的影响

为了解GH907合金时效制度对GH4169合金组织和性能的影响,对分别进行GH907和GH4169两种时效处理后的GH4169合金进行组织、力学性能的对比分析与测试.结果表明,相对于GH4169时效处理,775℃时效处理使GH4169合金的(6)相的析出量有所增加,γ'、γ″相略有长大,但合金的晶粒度没有发生明显变化.经775℃时效GH4169的缺口持久性能基本不变,不存在缺口敏感,但其室温和650℃抗拉强度、屈服强度、光滑持久寿命以及硬度均有所降低.     

GH4169合金直接时效锻造过程的数值模拟

直接时效（DA）锻造工艺已成为生产GH4169合金涡轮盘锻件的基本方法之一。但实施DA锻造工艺时,锻造过程的各个环节要求严格控制,而且要有足够吨位的设备。参照在压力机上实施DA工艺的终锻过程,用有限元变形-传热耦合分析方法对直径520mm和高度190mm的GH4169合金坯料在不同情况下的镦粗过程进行了数值模拟。大量计算结果表明,在压力机上实施DA锻造工艺时,为了获得优质GH4169合金涡轮盘锻件,应合理确定压力机滑块速度,尽可能改善润滑情况及适当提高模具预热温度。对于GH4169合金涡轮盘锻件,采用等温DA锻造工艺可能是最佳的选择。研究结果对于在国内的生产条件下实施GH4169合金DA锻造工艺具有指导作用。     

涡轮叶片的高温疲劳断裂

前言 涡轮转子是发动机的重要部件之一。某发动机燃气涡轮泵中的整体涡轮转子材料系采用GH169合金。涡轮叶片由电解加工制成。 GH169(Incooel 718)是时效硬化Ni-Cr-Fe基合金。该合金在国外广泛应用于复杂焊接板材构件,喷气发动机和火箭发动机的     

机械加工表面完整性对高温合金材料GH33A疲劳寿命的影响

为了提高航空发动机零件的疲劳寿命,本文研究了加工参数对表面完整性以及表面完整性对航空发动机涡轮盘高温合金GH33A材料疲劳寿命的影响。     

磁流变弹性体砂轮抛光镍基高温合金表面完整性研究

为了改善磨削后镍基高温合金GH4169的表面完整性,本文采用磁流变弹性体砂轮对镍基高温合金GH4169进行抛光试验研究。首先,通过模压成型的方法制备了磁流变弹性体砂轮,并对其表面微观形貌及不同磁场强度下的硬度进行了表征。其次将制备出的磁流变弹性体砂轮用于对镍基高温合金GH4169的抛光工艺试验中,并讨论抛光工艺参数中磁场强度对镍基高温合金表面完整性的影响。试验结果表明：在一定的磁场强度范围内,零件抛光后的表面粗糙度和显微硬度随着磁场强度的增大而减小,同时增大磁场强度也有利于改善零件的表面形貌,减少砂轮的磨损量,降低零件磨削后的亚表面损伤层厚度。     

Simulation and experimental investigation of inner-jet electrochemical grinding of GH4169 alloy

GH4169 alloy is one of the most commonly used materials in aero engine turbine blades, but its machinability is poor because of its excellent strength at high temperatures. Electrochemical machining (ECM) has become a common method for machining this alloy and other difficult-to-machine materials. Electrochemical grinding (ECG) is a hybrid process combining ECM and conventional grinding. In this paper, investigations conducted on inner-jet ECG of GH4169 alloy are described. Two types of inner-jet ECG grinding wheels were used to machine a flat bottom surface. The machining process was simulated using COMSOL software, and machining gaps under different machining parameters were obtained. In addition, maximum feed rates and maximum material removal rates under different machining parameters were studied experimentally. The maximum sizes and the uniformity of the distributions of the gaps machined by the two grinding wheels were compared. The effects of different applied voltages on the machining results were also investigated.     

某燃气轮机高压压气机后轴颈电子束焊接

为了验证某燃气轮机后轴颈使用YZGH4169材料替代GH698材料的可行性,特针对YZGH4169材料电子束焊接接头的室温拉伸、高温拉伸及高温持久性能进行试验,并与GH698材料的相应性能结果进行分析和比较。结果表明:YZGH4169焊接接头的室温、高温抗拉强度和屈服强度均高于GH698,延伸率和断面收缩率略低于GH698,但均满足标准要求,且27mm厚度的YZGH4169焊缝成型良好,满足一级焊缝的要求。此方案的确定为某燃气轮机后轴颈及类似结构、材料的零件国产化代料工作提供技术依据。     

人工槽模拟GH4169涡轮盘表面裂纹缺陷的微磁检测

针对航空发动机涡轮盘表面裂纹缺陷,提出一种地磁场环境下的微磁无损检测(NDT)方法。磁化试验测得了广泛使用的镍基高温合金GH4169材料的磁化特性曲线,通过磁性分析,证明该材料的相对磁导率略大于空气的相对磁导率,为弱顺磁性物质。理论分析了微磁检测适用于涡轮盘试件的检测原理和缺陷处的磁异常特征,通过对预置人工槽缺陷的涡轮盘试块进行检测,验证了理论分析的正确性。检测结果表明,随着涡轮盘表面裂纹宽度和深度的增加,磁异常的宽度和峰值也相应增加,裂纹宽度相同时,深度越深,或者说深宽比越大,磁异常越明显,且裂纹产生的位置对定位精度存在一定的影响。该微磁检测方法为涡轮盘表面裂纹缺陷的有效检测提供了新的思路,能进一步推广应用于飞机发动机的其他部件,如转子叶片、涡轮轴等,以及飞机机身上具有相似磁学特性的材料的无损检测。     

某型航空发动机涡轮机匣选材论证分析

以某型航空发动机高、低压涡轮机匣选材为例,对温度、强度和寿命进行了计算分析,并结合生产成本、材料供应状况和工艺成熟度,提供了涡轮机匣材料选择的方法。分析结果表明：GH4169合金比较适合作为航空发动机涡轮机匣材料。     

考虑静水压力和LODE 角的塑性模型 在GH4169 合金上的应用

针对典型盘用镍基高温合金GH4169,采用Bai-Wierzbizki(B-W)塑性理论对其塑性变形行为进行建模和应用评估。B-W塑性理论假设金属材料塑性变形仍服从von Mises屈服准则,但屈服函数考虑了静水压力和LODE角(偏应力第3不变量)对塑性行为的影响。采用Abaqus/Explicit商业有限元软件编制了该塑性模型的用户材料子程序,设计开展了GH4169合金的光滑、缺口圆棒和缺口平板拉伸试验,基于有限元分析和优化方法确定了B-W模型相关材料参数,对GH4169合金光滑和缺口拉伸响应曲线进行有限元预测,并与试验结果进行对比分析。结果表明:B-W模型预测的GH4169合金缺口圆棒和平板拉伸响应曲线与试验结果非常吻合,而基于传统von Mises塑性模型预测的GH4169合金缺口拉伸响应曲线均明显高于试验曲线。     

镍基合金GH4169疲劳小裂纹的扩展行为

基于表面复型法，采用快速固化材料RepliSet监测了镍基合金GH4169单边缺口拉伸试样疲劳小裂纹的萌生和扩展行为，利用光学显微镜对复型进行了观测。结果表明:RepliSet材料可有效复制试样表面形貌，记录疲劳小裂纹的萌生和扩展过程。镍基合金GH4169疲劳小裂纹起始于材料表面夹杂，疲劳小裂纹早期扩展阶段受微观结构影响，扩展速率波动性较大。疲劳小裂纹扩展过程中的临界裂纹长度约为250μm，当主裂纹长度小于250μm时，裂纹扩展非常缓慢；但当裂纹长度超过250μm后，疲劳小裂纹快速扩展成为长裂纹并导致试样断裂。在双对数坐标系中，疲劳小裂纹扩展速率和裂纹长度近似为线性关系。      

盘用材料缺口特征尺寸对缺口强度的影响

现代航空发动机轮盘工况复杂,常常在榫槽、通气孔、螺栓孔等几何不连续处遭受破坏。这些几何不连续性特征可以视为广义的缺口,为了分析缺口附近几何特征尺寸对航空发动机轮盘复杂结构件抗拉强度的影响规律,基于典型盘用合金GH4169设计了双边缺口平板试样、双边不等缺口平板试样、不等厚双边缺口平板试样以及不等厚双边不等缺口平板试样进行试验研究。试验结果表明:缺口平板试样的应力集中系数与缺口抗拉强度存在一定的相关性,缺口抗拉强度无量纲化常数与应力集中系数的试验数据点存在一定的分布规律,二者的拟合曲线能很好地描述试验结果分布规律。包括GH4169、GH738和TC11合金等常用航空塑性金属材料在内的缺口平板试验数据点落在拟合曲线±10%以内的分散带内。     

预应变对GH4169 合金低周疲劳行为的影响

为了研究发动机构件在实际工作中受到的轴向拉应力作用下疲劳行为的变化,开展了发动机常用材料GH4169合金在拉伸预应变条件下的低周疲劳行为的研究,得出疲劳寿命随预应变增加的变化规律。从宏观和微观2方面分析预变形对材料低周疲劳行为影响的变形机制。最终为解决实际工程中构件断裂等问题提供技术支持,同时也为评估航空发动机构件在产生预变形条件下的寿命,确保安全使用提供技术支撑。结果表明:随着预应变量的增加低周疲劳寿命降低,组织内位错密度、孪晶数量均增加,裂纹扩展长度减小。     

粉末合金的高温疲劳断裂性能

实验研究了Rene'95和II741粉末合金的高温低周疲劳、裂纹扩展速率和断裂韧性，并与变形镍基合金GH4169进行了分析对比。结果表明，Rene'95合金的低周疲劳性能略高于GH4169，但从强度与塑性配合的角度来看，没有变形合金理想；其疲劳裂纹扩展速率da／dN和断裂韧性KIC基本相当。