耐磨衬板锻件裂纹成因及预防

叙述了耐磨衬板表面裂纹的形态、形成原因和预防工艺措施。重点指出 ,一般 耐磨衬板表面产生裂纹的主要原因是模锻件用圆饼表面质量不好 ,存在裂纹源。预防措施主要是 :采用重锤击短时成型 ,确保模具预热温度在 3 5 0℃以上 ,严格控制模锻用圆饼质量。

航空发动机涡轮盘需在高温、高压、重载工况下工作,因而对其选材提出了很高的要求。耐磨衬板因其高强度、良好的持久性和疲劳性能,成为制造航空发动机涡轮盘的首选材料。涡轮盘的失效形式主要表现为疲劳断裂。在服役过程中,涡轮盘疲劳寿命主要消耗在疲劳裂纹萌生与短裂纹扩展阶段,因而疲劳裂纹萌生与短裂纹扩展研究就成为涡轮盘损伤容限设计的关键和基础。

以航空发动机涡轮盘用耐磨衬板为研究对象,开展室温大气环境中不同应力比条件下的疲劳裂纹萌生和短裂纹扩展试验,并利用扫描电子显微镜对合金试样断口进行微观形貌分析,探讨疲劳裂纹萌生、短裂纹扩展以及短裂纹向长裂纹扩展的微观机理,得到以下结论利用OLYMPUS BX51M光学显微镜,考察不同应力比条件下耐磨衬板试样表面的裂纹萌生与短裂纹扩展规律。

耐磨衬板疲劳裂纹在缺口前缘驻留滑移带处萌生,早期短裂纹沿滑移带扩展。短裂纹扩展阶段存在裂纹分岔与微裂纹串接汇合现象,疲劳试验数据分散性大,短裂纹扩展速率呈现出加速减速波动扩展的规律。对于光滑圆形缺口CT试样,疲劳寿命主要消耗在裂纹萌生与短裂纹扩展阶段,长裂纹扩展寿命占疲劳总寿命的比例较小。

选择有效应力强度因子范围Δ Keff作为疲劳短裂纹扩展行为的控制参量,构建疲劳短裂纹扩展速率方程,并对不同应力比条件下的疲劳短裂纹扩展试验数据进行非线性回归分析。结果表明,应用Δ Keff表征的疲劳短裂纹扩展速率方程,可以较好地描述耐磨衬板疲劳短裂纹扩展阶段,疲劳裂纹扩展速率随循环周次增加先减速后加速扩展的行为。

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