航空发动机用铝合金加力泵涡壳的失效分析

对一种航空发动机供油系统铝合金涡壳的气蚀特点和失效机制进行了分析.结果表明,气蚀区的分布与油流流向间有明显的相关性,气蚀损伤主要发生在有涡流形成及压强变化的区域;微观气蚀表面由大量尺寸在40～60μm的气蚀凹坑相互叠加组成,单个气蚀凹坑内壁光滑,边缘呈波浪状泼溅;气蚀区表面有疲劳裂纹和冲蚀形貌;冲蚀常伴随气蚀同时发生,最终的损伤是"气蚀 冲蚀"复合作用的结果;气蚀的发生有明显的相选择行为,较软的α-Al相通常较Si相优先被气蚀,使材料表面强度下降,从而导致材料破坏的加剧;抑制相选择行为能够改善涡壳的抗气蚀性能.     

TC17合金等轴组织和网篮组织的高周疲劳断口

本文对比分析了TC17钛合金两种典型组织形态(等轴组织和网篮组织)对高周疲劳断口形貌的影响。结果表明：两种组织的宏观疲劳断口均呈现出脆性断裂的特征,疲劳源区均位于试样表面,但是高周疲劳断口形貌却呈现显著差异,主要表现在宏观粗糙程度和微观形貌特征两个方面。宏观上看,等轴组织的疲劳断口较为平整,疲劳裂纹源区和扩展区的面积占断口面积的比例较大,网篮组织的疲劳断口则非常粗糙,表面起伏较大,疲劳断裂区占断口面积的比例较小。微观上看,两种组织形态的显微组织特征在断口形貌上均有体现,等轴组织的微观断口形貌较为细小,疲劳条带与组织中等轴α相具有相似尺寸;网篮组织的疲劳断口上可以看到α片层交织的形貌特征,二次裂纹遍布裂纹扩展的各个阶段,疲劳条带与等轴组织中的条带特征也有较大差异。     

微观孔洞对铝合金压铸件疲劳性能的影响

基于高分辨率三维X射线断层扫描技术,对实际ADC12铝合金压铸件疲劳试样内部微观孔洞进行了检测和重构,对7组不同孔隙率的试样进行了5级应力水平的高周疲劳实验。三参数Weibull分析表明:随着应力水平升高,疲劳寿命分散性逐渐降低。采用SEM观察疲劳断口,确定诱发疲劳裂纹起源的孔洞,并对其进行了分析;基于断口表面的孔洞特征以及X射线断层扫描重构数据,建立了孔洞-疲劳寿命预测方程,并与实验结果进行了对比分析。将三维X射线断层扫描重构数据与有限元分析相结合,计算和分析了实际微观孔洞引起的应力情况,为研究材料内部实际微观孔洞特征对性能的影响提供新的途径。     

燃油泵叶轮异常斑痕的形成原因分析

燃油泵叶轮返厂检查时发现叶轮叶片上有异常斑痕存在。应用扫描电子显微镜（SEM）、光学金相显微镜（OM）、能谱仪（EDS）等手段对异常斑痕形貌、组织、成分等方面进行理化检测,并结合燃油泵叶轮的工作原理,对异常斑痕的产生原因及性质进行分析和判定。结果表明:燃油泵叶轮叶片上的异常斑痕是由于叶轮与壳体的间隙尺寸不当以及叶片边缘的尖角、棱角形成了气蚀损伤导致的;气蚀损伤区域多为凹坑形貌,凹坑内壁光滑、洁净,微观塑性变形特征明显是气蚀损伤破坏的主要形貌表征。     

激光选区熔化生物医用Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳行为

分析了SLM Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳行为及相应的微观组织和断口形貌,设置与SLM试样化学成分相同的轧制态Ti-6Al-4V合金进行对比研究.采用X射线衍射(XRD)、结合电子背散射衍射(EBSD)的扫描电子显微镜(SEM)对合金的微观组织进行分析.结果表明,三点弯曲疲劳裂纹起始于准解理断裂表面附近的应力集中,随后向内扩展.SLM成形Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳寿命高于轧制成形Ti-6Al-4V合金,SLM Ti-6Al-4V合金内部孔洞缺陷导致表面附近应力集中,促进疲劳裂纹形核;而SLM Ti-6Al-4V合金中随机取向的α+β晶粒、二次裂纹和孔洞延缓了裂纹扩展,提高了疲劳寿命.对于轧制态Ti-6Al-4V合金,由大量近似取向α晶粒组成的宏观区引起应力集中,形成微裂纹,导致疲劳裂纹形核,而且宏观区对裂纹扩展的阻碍作用较小,不利于材料的疲劳寿命.     

轴流式送风机锻铝动叶片的腐蚀损伤失效特征及处理

采用宏观形貌分析、化学成分分析、力学性能分析、金相分析、晶间腐蚀试验、断口微观形貌分析和能谱成分分析等方法对某1000 MW锅炉送风机腐蚀损伤失效高周疲劳断裂的锻铝动叶片进行研究。得到了动叶片腐蚀损伤的特征,并进一步分析了引起动叶片腐蚀损伤的腐蚀介质的来源。     

橡胶软管老化及开裂行为

采用超景深三维显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析、光谱分析以及电子万能材料试验机等研究开裂的橡胶软管微观形貌、成分与力学性能。结果显示:软管的内、外层橡胶存在裂纹、孔洞,橡胶材料的拉伸强度和拉断伸长率明显下降;部分增强层钢丝发生韧性断裂,其表面及断口均已发生腐蚀。这表明软管的内衬层和外覆层橡胶严重老化,存在孔洞或颗粒状分解,影响橡胶的耐油、耐水性,介质及空气可透过橡胶层进入增强层与钢丝发生反应,导致钢丝的性能下降,发生开裂。     

先进镍基高温合金疲劳损伤的微观机制

通过对FGH96粉末高温合金、DZ125定向凝固高温合金、DD6单晶高温合金大量疲劳断口的断裂特征进行统计分析,研究了这3类镍基高温合金疲劳损伤的微观机制。结果表明,这3类合金疲劳断裂的宏观形貌有较大的区别,但由于这几类合金均为镍基面心立方晶体结构,因此其疲劳损伤断裂具有相同的微观演变规律和断裂机制,即:从疲劳裂纹的萌生至裂纹的快速扩展均是以滑移机制进行;疲劳扩展第1阶段均为类解理特征,疲劳扩展第2阶段为疲劳条带,快速扩展区呈现为滑移面、滑移台阶、韧窝特征。由于其组织和成形工艺的区别,其共同的特征表现的具体形貌有所区别。     

M5-36-11No.20.5D风机轴断裂分析

通过观察断裂风机轴裂纹宏观和微观形貌 ,检验化学成分、显微硬度等方法对风机轴断裂的原因进行了分析。结果表明 ,风机轴断裂是由于轴表面焊接缺陷引起的低应力疲劳断裂     

含表面缺陷扭力轴的断裂失效分析

通过扫描电子显微镜和X射线能谱仪对某型履带车辆含表面缺陷扭力轴的正断型断口进行了失效分析,结果表明,扭力轴的断裂属于早期低周疲劳断裂,裂纹起源于扭力轴表面的微损伤,冶金过程中产生的微观孔洞和夹杂聚集于扭力轴表面及次表面影响了裂纹的扩展方向并形成了特殊的微观特征。在此基础上,分析了表面缺陷使疲劳寿命降低的原因,对扭力轴的生产、使用和维修提出了建议。     

表面纹理和表面膜对Ti6Al4V合金空蚀特性的影响

为研究表面纹理和表面膜对材料抗空蚀特性的影响,采用激光表面改性的方法对Ti6Al4V合金进行纹理加工,在纹理加工试样上采用自组装技术制备自组装分子膜。采用接触角测量表征试样的表面特性,通过对试样的抗空蚀特性进行测试和对试样空蚀前后的表面形貌进行观测,分析试样的空蚀发生机制。结果表明,Ti6Al4V试样上激光加工表面纹理可显著提高其抗空蚀能力,纹理加工试样上制备自组装分子膜,由于具有疏水特性可以进一步改善试样的抗空蚀能力;网格纹理试样的抗空蚀能力由于表面硬度高、硬度梯度大及突起高硬度点分布均匀而强于直线纹理试样;沉积薄膜纹理试样的抗空蚀能力随着间距的增大而增大,未沉积薄膜试样的抗空蚀能力随着间距的增大而减小。     

发动机燃油管断裂故障分析

某型发动机燃油管多次发生断裂故障,断裂部位在管接头端焊缝附近,采用断口分析、金相组织分析、管道强度计算、安装应力测量等方法,对燃油管断裂的原因进行了分析。结果表明,燃油管安装应力过大是引起断裂的主要原因。结合实际经验,加强装配过程控制,提高装配质量,可有效预防燃油管断裂故障。     

不锈钢高温钎焊导管断裂分析及质量控制

以某型发动机上的不锈钢导管高温钎焊管接头断裂故障为例,从失效导管钎焊接头的外部形态、金相组织以及工艺方法等方面进行了试验研究,以提高不锈钢导管高温钎焊质量.结果表明:导管高温钎焊接头的断裂性质为疲劳断裂,引起疲劳断裂的主要原因是溶蚀缺陷导致的沿晶开裂和装配应力.通过焊前清理、钎料的更换、钎焊方法的改变、增加焊接工装及控...     

防喘压力信号管断裂分析

发动机防喘压力信号管多次于钎焊位置断裂。采用外观检查、断口宏微观形貌观察及金相分析,对其中一件典型管件进行了综合分析。结果表明：管件断裂于引接管长管弯管段球座根部位置,断裂起源于表面的钎料层,断口可见明显的疲劳条带特征,断裂性质为疲劳断裂。失效的主要原因是由于钎料层不均匀,韧性较差,且管件在装配过程中存在较大的变形,使钎料层沿枝晶开裂,形成原始裂纹。在防喘压力信号管工作过程中,在振动应力作用下发生疲劳扩展并最终导致管件断裂。通过严格控制钎焊过程并防止装配中管件发生较大的变形可以避免该类故障。     

Influence of joining on the fatigue and fracture behavior of high density polyethylene pipe

Polyethylene pipes have been used in a spectrum of corrosion-critical applications, including distribution systems for oil, gas, water, and chemicals. In this paper, the influence of joining on bending fatigue and fracture behavior of high density polyethylene pipe is presented and discussed, and performance is compared with a plain unwelded counterpart. High density polyethylene pipes were joined using electrofusion and butt-fusion techniques. Stiffness and strength of the electro-fusion joined pipe was far inferior to the butt-fusion and the plain unwelded pipe. Tensile failure of the butt-fusion joined specimen occurred at the fusion zone, while tensile failure of the electro-fusion joined pipe specimen occurred at the fusion joint. Bending fatigue resistance, quantified in terms of life to failure, of the pressurized pipe was superior to that of the unpressurized pipe. The fatigue resistance of the butt-fusion joined specimen was superior to that of the electro-fusion joined pipe specimen. The unwelded plain polyethylene pipe had bending fatigue resistance superior to that of the butt-fusion joined counterpart. Rationale for the differences observed in bending fatigue life is presented, and intrinsic differences in failure characteristics are highlighted.     

水轮机叶片汽蚀损伤的分析

用扫描电镜对水轮机叶片发生汽蚀的原因进行了详细分析，用探针对汽蚀部位的成分进行了测定。微观分析发现水轮机叶片(20MnSi钢)及其焊接热影响区的汽蚀为机械腐蚀疲劳。水轮机叶片有较大的工作应力、热影响区的晶粒粗大以及水介质的腐蚀性是产生机械腐蚀疲劳汽蚀的重要原因。     

20SiMn在单相液流和液固双相流中的空蚀行为

利用超声振动空蚀实验机研究了20SiMn在蒸馏水、3％NaCl单相液流和含有3kg／m^3石英砂液固双相流中的空蚀行为,探讨了腐蚀因素对单相液和液固双相流中金属材料空蚀的影响。结果表明：在液固双相流空蚀中,存在电化学腐蚀、固相颗粒的冲蚀员以及空蚀力学破坏三者的交 用。受到固相颗粒的冲蚀磨损后,金属材料表面平缓,腐蚀因素促进在单相液流和液固双相流中金属材料的空蚀破坏,但腐蚀因素引起液固双相流中空蚀失重相对增加理小于其引起单相液流中空蚀失重相对增加量。     

基于试验和CFD模拟的稠油热采井口四通管冲蚀规律分析

目的 分析稠油热采中含砂流体对四通管冲蚀磨损问题,明确失效机理及特征.方法 采用金相分析仪对失效四通管损伤处材料ZG(J)35CrMo进行金相组织分析,并采用扫描电镜(SEM)对四通管进行冲蚀形貌微观检测,同时借助多相流冲蚀试验机对四通管材料ZG(J)35CrMo进行冲蚀试验,构建冲蚀预测模型,并通过单因素冲蚀试验对冲蚀预测模型进行验证.最后建立CFD-DPM-EPM(耦合计算流体动力学-离散粒子-冲蚀)数值模型,研究不同流体速度、颗粒粒径和质量流量对四通管冲蚀规律的影响.结果 金相组织分析结果显示,失效四通管材料基体组织成分为索氏体、铁素体和贝氏体,表面发生轻微脱碳现象.扫描电镜分析结果显示,失效四通管内壁有明显的砂粒冲蚀形貌,材料无明显的材质劣化及脆断现象.单因素冲蚀试验验证了回归分析法构建的冲蚀模型的准确性.随着流体速度由5 m/s增加至25 m/s,四通管最大冲蚀速率增加了16.947倍;颗粒粒径由0.05 mm增加至0.2 mm时,四通管最大冲蚀速率减少了50％,而颗粒粒径由0.2 mm增加至0.4 mm时,四通管最大冲蚀速率增加了1.382倍;质量流量从0.15 kg/(m2·s)增加至2.4 kg/(m2·s)时,最大冲蚀速率增加了16.584倍.结论 四通管失效主要由于颗粒冲蚀管道内壁,管道减薄到一定程度后,无法承受内部压力所致.四通管出口段肩部为冲蚀高危区.随流体速度的增加,四通管最大冲蚀速率呈指数关系增加;随着颗粒粒径的增加,最大冲蚀速率呈先减小后增大的趋势;当质量流量增加时,最大冲蚀速率呈线性关系增加.     

裂解炉炉管的失效形式

在石化装置中,裂解炉是乙烯生产工艺的核心设备,炉管作为裂解炉的主要部件,在裂解炉内承受高温、渗碳、热疲劳及结焦等恶劣环境作用,极易造成炉管损伤,导致事故的发生。针对这些裂解炉管失效的表现特点及失效原因进行了简要的分析,新型裂解炉的开发设计和优化操作条件可以参考借鉴这些失效形式,从结构设计、材料选择、加工制造及工艺条件控制等方面采取预防措施,避免同类炉管失效事故的发生,保障乙烯生产装置的安全和正常运行。     

CoCrAlYTaCSi涂层和ZL101铸铝合金的气蚀性能研究

目的对比研究两种材料在RP-3航空煤油和去离子水中的耐气蚀性能,分析材料的气蚀机理以及介质的理化性质对其的影响机制,探讨用去离子水代替航空煤油以便快速筛选航空用耐气蚀材料的可行性。方法采用超音速火焰喷涂技术在铸铝合金(ZL101)表面均匀喷涂CoCrAlYTaCSi涂层。使用X射线衍射仪分析喷涂粉末、涂层和基体材料的物相组成。使用扫描电镜及其自带能谱仪分析材料气蚀前后的形貌以及元素分布。采用纳米压痕仪检测材料的力学性能。使用超声波振动气蚀试验机表征涂层及铸铝合金在航空煤油和去离子水中的气蚀性能。综合考虑两种材料气蚀后的平均侵蚀深度、形貌以及两种液体介质的理化性能,分析相应气蚀机理。结果 CoCrAlYTaCSi涂层主要由AlCo、Al_(80)Cr_(20)、Al_(45)Cr_7等物相组成,且分布均匀;铸铝合金主要由Al和Al_9Si相组成,增强相主要沿晶界分布。涂层的纳米硬度和弹性模量分别约是铸铝的6倍和2倍。气蚀中,铸铝合金晶粒内部的Al最先被损坏,加剧了气蚀进程;而CoCrAlYTaCSi涂层由于物相分布均匀、力学性能优异,所以损坏程度远轻于铸铝合金,在水和航空煤油中的平均侵蚀深度分别仅约为铸铝合金的2%和1%。两种材料在航空煤油中的平均侵蚀深度都比在水中的小。结论 CoCrAlYTaCSi涂层的物相分布均匀,具有较高的致密度、硬度和弹性模量,其在两种介质中均显示出更高的气蚀抵抗力。但材料在两种液体中的气蚀机理并不相同,导致在航空煤油介质中,CoCrAlYTaCSi涂层显示出更加优异的抗气蚀性能。