发动机风扇转子叶片叶身裂纹分析

发动机风扇转子叶片叶身裂纹分析

郭海龙

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司黑龙江哈尔滨150066

摘要：在对发动机风扇转子叶片叶身中部区域过早产生的一条裂纹，在通过对故障叶片进行外观检查的时候，要在表面上进行一定相关处理，但是结果表明，故障风扇转子叶片裂纹是源于叶身中部叶背侧亚表面的高周疲劳裂纹，但是在裂纹的过程中，会出现组织的不均匀，存在较多危险性，是导致该叶片叶身中部过早开裂的主要影响因素。

关键词：叶片；裂纹；组织；因素

前言：在随着社会发展的条件下，铝合金是以优异的高温力学性能成为涡扇发动机低压转子部件的主要制造材料，但是位于涡扇发动机压低转子最前端的风扇转子叶片同样是以有的材料进行的，在对于涡扇道是比涡扇发动机来说，主要的推力是在外函道进行的，再者说，它的质量以及可靠性对发动机的工作效率、安全性和可靠性产生的直接的影响。

1在试验中过程的分析以及结果

1.1对于宏观的调查

在风扇转子叶片裂纹宏观的过程中，会存在一定的缺陷，在该裂纹中，位于凸肩下方压身区域中部区域，叶背侧裂纹长约一定的值数时，叶盆也是在一定的范围内，在叶身表面上可以看出宏观是未见异常的。

1.2对于断口的分析

在整个风扇中裂纹中，就可以得出结论的，在断口出是呈现出灰白色，在整个断面是比较平坦的，可见明显的疲劳弧线和放射特征，在表面出可以看出为裂纹断口性质为疲劳，再根据疲劳弧线以及放射线的方向可以判断，疲劳是源于叶背中部的区域，以呈现出单源起始特征，在断口出可以得出疲劳扩展充分，断口两侧的暗灰色区域是人为打开的。

1.3在源区附近叶身表面的观察

在放大观察断口源区附近堵塞表面上是可以看出在典型的喷丸加工形貌上，喷丸致密，但是在叶身表面形成了少量的损伤痕迹，在该痕迹上应该是为破碎的丸粒尖角冲击了叶身表面所致，在没有见到其他明显的机械加工痕迹上，同时裂纹疲劳源区是位于叶背侧亚表面，但是表面是起到了表面强化作用，并没有对损伤的痕迹产生明显的影响。

1.4对于材质的分析

①成分的分析

对于叶片断口附近基体进行能谱分析，主要是合金元素含量符合技术标准的要求。

②组织上的分析

在为了分析对该叶片上组织上的分布情况时，要将通风口上的风扇叶片将前沿高方方向从叶根到叶尖等分10个区域，在对区域上的叶片基本取样后制成金相试样之后，在同样的条件下，会形成一定的防腐数值，如果在一定的条件下进行，就会造成不利的影响，在一定的显微条件下，要进行微观组织，在分析后，风扇叶片的基体均为是双态组织的，在其中，疲劳源区的基体是在组织形貌上进行的，但是对于叶身其他的部位基体组织形貌是存在差异的，所以要及时调整这次差异，在一定的条件下进行的。

③在对硬度上的分析

在分析出该叶片硬度的分布情况来看，在对其进行相应的硬度测试时，测试的位置要与组织分析的位置一致，在测试结果要符合技术标准的要求。

1.5表面上的检查

要利用扫描电子显微镜对故障进行及时的处理，在对于叶片断口疲劳源区附近表面要进行放大的观察，可见在原始机械加工痕迹上，疲劳裂纹是从机械加工痕迹处萌生和扩展的，在对于其他通过振动疲劳试验的压气机叶片表面进行放大观察的，还是没有见到原始机械加工痕迹的，

2在试验中的分析与讨论

在通过断口分析的结果就可以得出，在该风扇叶片裂纹性质为高周疲劳的，疲劳是起源于叶身中部的表面，在一定的边缘是对于数值来表现的，叶背侧亚表面，在叶片试验中的断口是源区附近表面放大形貌为典型的喷丸形貌，但是还是没有见到异常机械的加工痕迹，在根据材质的介绍结果可以得出，风扇叶片的基体成分、硬度是均符合技术要求，在叶片的基体组织内是为双生态的组织，但是，在对于疲劳源区基体的组织来说，其它部位的基体组织是呈现出轴状组织形态的，然后再根据铝合金材料力学性能试验的结果要研究出试验的结果，这样就会显示出并没有任何差异，在对室内拉伸的时候，室温的冲击韧性也是没有受到明显的差异，但是能够对显著降低材料的室温疲劳强度，在对比基体组织上两种的试验结果是不同的。

3在对于结果的分析与研究

3.1单转子计算结果对比的分析

在根据一定的条件下，要考虑的方面有很多，在一定的环境下，要根据参数的设计来对风扇转子性能影响的分析，在考虑到该叶片尖部前沿的形貌和对后面都能提高对其流通的能力，要设计出一套比较完整的方案，相对比原型叶片来说这种方案的叶片是在67%左右，在这种的方法下还是采用合理的措施来进行，在前沿的过程中，会出现一定的环境下所进行的不同的条件，而叶片根部就是后掠。

3.2内、外涵计算结果的对比分析

在以上的单转子三维计算的结果中分析出可以得出，为了避免在进一步研究中叶片优化后对于整个风扇的影响，在增压的过程中，要及时将装配后的叶片进行优化，以及对增压级整机内、外涵特性。

在一定的数值下，分别是给出了叶片优化后的状况，在一定的条件下，可以进行传递，在对内、外涵的情况来看，是有了比较明显的特点，在变化以后，外涵的赌点流量是都有了较大的增加，这就说明叶片优化后，其流通的能力是有了明显的提升，另外，在巡航和爬升的转速下，失速点的流量是有了比较明显的下降，在流通后的条件下，其稳定的效果也是明显在扩大，在巡航的转速下，赌点的流量是比较低的，这就说明在优化后风扇的稳定工作范围是有很大的增加，而且稳定性也是有比较大的提高，特别是在高转速下的外涵特性是比较明显的。

小结:综上所述，对于发动机风扇转子叶片裂纹是为起源于叶身中部叶背侧亚表面的高周疲劳为裂纹，当叶片叶身基体组织是不均匀的，在存在较多的长条形状之后，降低了叶片的疲劳性能，这也是导致恶劣该叶片过早萌生疲劳裂纹的主要因素之一，但是为了避免类似的故障再次发生，要严格控制好锻造温度和模锻过程中毛坯的变形量，保证在得到均匀的双态组织，所以在保证质量的同时，还要保证风扇运行的顺利运转。

参考文献：

[1]李洋,佟文伟,栾旭,张开阔.发动机压气机转子叶片裂纹分析[J].失效分析与预防,2016.

[2]刘博志,佟文伟,邱丰,伊峰.发动机风扇转子叶片叶身裂纹分析[J].失效分析与预防,2016.