(2.32)--金属构件失效分析.ppt

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1、漳平电厂漳平电厂1号机叶片断裂失效分析号机叶片断裂失效分析目录目录1.背景背景2.检查、试验检查、试验 2.1 宏观检查宏观检查 2.2 断口微观检查断口微观检查 2.3 化学成分化学成分 2.4 硬度测试硬度测试 2.5 金相检查金相检查3.分析分析4.结论结论1.背景漳平电厂1号机系北京重型电机厂制造的冲动凝汽式汽轮机，其高玉转子第8级叶片材料为2Cr13。1998年4月大修揭盖后发现该级叶片有一段围带残缺10cm长，有一个叶片在根部断裂丢失，部分围带铆钉头有弹起现象。修复工作由电厂委托北京重型电机厂进行，其修复过程为:拆除5段围带及43片叶片，更换断裂和受损的2个叶片及损坏的2段围带，复

2、装后叶片与围带采用焊接固定，并对2段围带铆钉头弹起的位进行打磨后焊补，修后机组恢复运行。2000年5月7日，汽轮机出现异常响声，且振动不断加揭缸后发现高压转子第8级叶片丢落19个，部分围带脱剧，落，第9级叶片及8、9、10级部分隔板磨损变形。对照1998年4月大修记录，发现此次丢落的19个叶片大部分为当时修复处理过的叶片。由于此次叶片断裂事故对转子损伤较为严重，故把整个转子送到制造厂修复。为了找出叶片断裂的原因，我们开展了一系列的失效分析工作。2.检查、试验2.1宏观检查宏观检查检查发现丢落的检查发现丢落的19个叶片的断裂部位均位于叶片倒个叶片的断裂部位均位于叶片倒V形槽形槽根部的横断面上（见

3、图一）根部的横断面上（见图一）2.检查、试验肉眼观察断肉眼观察断1表面呈红褐色和灰褐色，有锈斑。断口平坦并表面呈红褐色和灰褐色，有锈斑。断口平坦并分成两个区，其中大面积区呈光滑状，小面积区呈纤维状，分成两个区，其中大面积区呈光滑状，小面积区呈纤维状，个别断口几乎全部呈光滑状。拆卸时发现叶片根部装配较松，个别断口几乎全部呈光滑状。拆卸时发现叶片根部装配较松，极易取下极易取下。2.2 断口微观检查断口微观检查断口经超声波清洗干净后在扫描电镜下先以低倍断口经超声波清洗干净后在扫描电镜下先以低倍(10倍倍)观观察，即有三个区域组成察，即有三个区域组成:疲劳源，疲发现有典型的疲劳断裂疲劳源，疲发现有典型

4、的疲劳断裂特征，劳裂纹扩展区特征，劳裂纹扩展区(颗粒状脆性断裂区颗粒状脆性断裂区)和最终快速断裂韧和最终快速断裂韧性纤维区，其中疲劳源和疲劳裂纹扩展区占大部分面积图性纤维区，其中疲劳源和疲劳裂纹扩展区占大部分面积图2 为疲劳源和疲劳裂纹扩展区，从中能明显观察到贝壳状条纹，为疲劳源和疲劳裂纹扩展区，从中能明显观察到贝壳状条纹，这是疲劳断裂典型特征。进一步放大观察发现断口有这是疲劳断裂典型特征。进一步放大观察发现断口有2.检查、试验类似台阶式线段类似台阶式线段(见图见图3、4)，这些线段不是平滑的，它是，这些线段不是平滑的，它是疲劳过程引起不稳定滑移面上快速的裂纹扩展造成的。此疲劳过程引起不稳定滑

5、移面上快速的裂纹扩展造成的。此外，还能观察到裂文的存在，且从源区向心部发展。在疲外，还能观察到裂文的存在，且从源区向心部发展。在疲劳裂纹扩展区，则能观察到颗粒状脆性断裂特征劳裂纹扩展区，则能观察到颗粒状脆性断裂特征(见图见图5)。断口开裂以穿晶断裂为主，无沿晶断裂迹象，也没有介质断口开裂以穿晶断裂为主，无沿晶断裂迹象，也没有介质腐蚀引起的应力腐蚀断口形貌。这说明快速断裂区是以韧腐蚀引起的应力腐蚀断口形貌。这说明快速断裂区是以韧窝为主的塑性断裂。窝为主的塑性断裂。2.检查、试验2.3化学成分化学成分分析损坏叶片取样分析结果见表分析损坏叶片取样分析结果见表1。从表。从表1可以看出，可以看出，损坏叶

6、片的化学成分合格。损坏叶片的化学成分合格。2.检查、试验2.4硬度测试硬度测试断裂叶片根部侧面布氏硬度测试结果见表断裂叶片根部侧面布氏硬度测试结果见表2。表。表2表明表明断裂叶片的硬度值偏高，推测叶片材料的强度偏高。断裂叶片的硬度值偏高，推测叶片材料的强度偏高。2.检查、试验2.5金相检查金相检查选取断裂叶片根部侧面进行金相检查分析，首先对未浸选取断裂叶片根部侧面进行金相检查分析，首先对未浸蚀的试样表面进行检查，发现其中一个倒蚀的试样表面进行检查，发现其中一个倒V形槽的根部形槽的根部还存在微裂纹还存在微裂纹(微裂纹平直且走向平行于断口表面微裂纹平直且走向平行于断口表面)。用氯化铁盐酸水溶液浸蚀

7、试样表面后观察其金相组织为用氯化铁盐酸水溶液浸蚀试样表面后观察其金相组织为具有位向的回火索氏体具有位向的回火索氏体(见图见图6)，图，图7为带微裂纹处的为带微裂纹处的金相照片，组织状态正常。金相照片，组织状态正常。2.检查、试验3分析分析(1)断裂叶片的金相组织为正常的回火索氏体，材料化学成断裂叶片的金相组织为正常的回火索氏体，材料化学成分合格，主要性能指标也基本正常。分合格，主要性能指标也基本正常。(。2.检查、试验2)叶片断裂部位在倒叶片断裂部位在倒V形槽根部的横断面上，亦即在应力形槽根部的横断面上，亦即在应力集中部位，是裂纹源萌生地，断日具有典型的疲劳断裂集中部位，是裂纹源萌生地，断日具

8、有典型的疲劳断裂特征，裂纹扩展属穿晶走向。特征，裂纹扩展属穿晶走向。(3)叶片根部疲劳断裂与装配质量有关，高压转子叶片安叶片根部疲劳断裂与装配质量有关，高压转子叶片安装时通常要求根部紧配合，但裂断的第装时通常要求根部紧配合，但裂断的第+级叶片根部却是级叶片根部却是松配合，遂导致叶片在运行过程中产生振动并传至根部，松配合，遂导致叶片在运行过程中产生振动并传至根部，根部与叶轮槽表面产生摩擦，从而使根部表层晶粒持续根部与叶轮槽表面产生摩擦，从而使根部表层晶粒持续滑移带极易萌生裂纹，即产生疲劳源，随后裂纹不断扩滑移带极易萌生裂纹，即产生疲劳源，随后裂纹不断扩展，最终造成根部疲劳断裂。展，最终造成根部疲

9、劳断裂。2.检查、试验(4)断裂的断裂的19个叶片中，大部分断口都属于疲劳断个叶片中，大部分断口都属于疲劳断1，这，这表明在叶片发生大面积断裂前，其根部已产生或大或小表明在叶片发生大面积断裂前，其根部已产生或大或小的麦劳裂纹，最后导致部分叶片先断裂，并引起其余叶的麦劳裂纹，最后导致部分叶片先断裂，并引起其余叶片提前断裂。片提前断裂。4结论结论漳平电厂漳平电厂1号机高压转子第号机高压转子第10级叶片大面积断裂的主要级叶片大面积断裂的主要原因是装配时叶片根部闻隙偏大，在运行过程中叶片振原因是装配时叶片根部闻隙偏大，在运行过程中叶片振动引起根部产生疲劳裂纹源，随着疲劳裂纹的不断扩展，动引起根部产生疲劳裂纹源，随着疲劳裂纹的不断扩展，最终导致叶片疲劳断裂。最终导致叶片疲劳断裂。感谢！感谢！