เนื่องจากรอยแตกร้าวของ ใบพัดคอมเพรสเซอร์ ในระหว่างการทดสอบการทำงานของ เทอร์โบแฟน เครื่องยนต์ บทความนี้วิเคราะห์ลักษณะความแข็งแรงและการสั่นสะเทือนของใบมีด และสรุปว่าใบมีดมีความเสี่ยงที่จะเกิดการสั่นพ้องระหว่างการทำงาน การสั่นสะเทือนของใบมีดวัดด้วยวิธีการวัดแบบไม่สัมผัส และได้รับความเค้นการสั่นสะเทือนของใบมีดโรเตอร์โดยไม่มีหลุมกัดกร่อน ความน่าเชื่อถือในการทำงานของใบมีดในสถานะไม่กัดกร่อนได้รับการยืนยันโดยดำเนินการทดสอบความล้ารอบสูงของใบมีด เกณฑ์การขยายตัวของรอยแตกร้าวของใบมีดในสถานะการกัดกร่อนย้อนกลับด้วยสูตรคู่ และวิเคราะห์สาเหตุของการแตกร้าวของใบมีด เหตุผลหลักของการแตกหักคือใบมีดสร้างหลุมกัดกร่อนก่อน จากนั้นจึงล้มเหลวเนื่องจากความล้าจากการกัดกร่อนภายใต้การกระทำของโหลดสลับรอบสูง บทความนี้มุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงจากมุมมองของกระบวนการ ควบคุมช่วงอุณหภูมิการอบชุบวัสดุ เพิ่มกระบวนการแทรกซึมของอลูมิเนียมบนพื้นผิวใบมีด ป้องกันใบมีดจากการแตกหักได้อย่างมีประสิทธิภาพ และปรับปรุงความน่าเชื่อถือในการทำงานของใบมีด

ใบพัดเป็นส่วนสำคัญส่วนหนึ่งของเครื่องยนต์และทำหน้าที่สำคัญในการแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกล เนื่องจากมีความเร็วสูง โหลดขนาดใหญ่ และสภาพการทำงานที่ซับซ้อน จึงอาจเสียหายได้ง่ายระหว่างการทำงาน เหล็กกล้าไร้สนิมสำหรับการบินมีความแข็งแรงสูง พลาสติกที่ดี ความเหนียวและทนต่อความเมื่อยล้า และมีราคาถูก มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบินเพื่อผลิตใบพัดของเครื่องยนต์ กังหันไอน้ำที่ใช้ในเครื่องบินและเรือเดินทะเล เนื่องจากปัจจัยทางอุตุนิยมวิทยาในบรรยากาศทางทะเล เช่น อุณหภูมิสูง ความชื้นสูง ความเค็มสูง และพื้นที่ที่มีหมอกหนาจำนวนมาก จะส่งผลโดยตรงต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนของวัสดุโลหะผสมเหล็ก ใบพัดของเครื่องยนต์มีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนจากความเค้นและความเมื่อยล้า ซึ่งไม่เพียงแต่ลดประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ แต่ยังเพิ่มเวลาและต้นทุนในการบำรุงรักษาอีกด้วย

รอยแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นมักเป็นรอยแตกร้าวเปราะบางที่เกิดขึ้นโดยไม่มีการเสียรูปในระดับมหภาคที่ชัดเจน เมื่อเกิดขึ้นแล้ว รอยแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นจะขยายตัวเร็วกว่าการกัดกร่อนเฉพาะที่ประเภทอื่น และเป็นการกัดกร่อนประเภทที่ทำลายล้างมากที่สุดที่ทราบในปัจจุบัน ผลทางสถิติแสดงให้เห็นว่ารอยแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นของสเตนเลสเป็นอันดับแรกในบรรดาความล้มเหลวในการแตกร้าว โดยคิดเป็นมากกว่า 50% เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักวิชาการในสาขาที่เกี่ยวข้องทั่วโลกมุ่งมั่นในการวิจัยความล้าจากการกัดกร่อนของโครงสร้างเหล็กอัลลอยด์ที่มีความแข็งแรงสูง โดยวางรากฐานที่มั่นคงสำหรับการพัฒนาเชิงทดลองและการสำรวจกลไกของความล้าจากการกัดกร่อนของโครงสร้างดังกล่าว ตัวอย่างเช่น Liu และคณะได้ศึกษาลักษณะความล้าจากการกัดกร่อนของเหล็กกล้าที่มีความแข็งแรงสูง 38CrMoAl และพบว่าความเสียหายจากการกัดกร่อนจะปรากฏในโซนพลาสติกเฉพาะที่ของชิ้นงานก่อน ซึ่งจะเร่งให้รอยแตกร้าวจากความเค้นเกิดขึ้นเร็วขึ้น Guo Hongchao ศึกษาประสิทธิภาพความล้าของเหล็กกล้าแรงสูง Q690 ในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนและพบว่าขีดจำกัดความล้าลดลง 30.15% และ 38.89% เมื่อรอบการกัดกร่อนอยู่ที่ 60 วันและ 100 วันตามลำดับ Jing Yongzhi สรุปผลการวิจัยที่เกี่ยวข้องเกี่ยวกับสารเคลือบป้องกันใบพัดของเครื่องยนต์ที่ใช้ในสภาพแวดล้อมทางทะเลและสรุปแนวคิดการออกแบบสารเคลือบป้องกันใบพัด

โดยมุ่งเน้นไปที่ปรากฏการณ์การแตกร้าวจากการกัดกร่อนของใบพัดโรเตอร์ขั้นแรกของคอมเพรสเซอร์ในระหว่างการทดสอบการทำงานของเครื่องยนต์ประเภทหนึ่ง บทความนี้วิเคราะห์ลักษณะความเค้นและการสั่นสะเทือนในสภาวะคงที่ภายในซองการทำงานของใบพัด และสรุปได้ว่าใบพัดมีความเสี่ยงต่อการสั่นพ้องต่ำกว่าความเร็วต่ำ ดำเนินการทดสอบการตรวจสอบการสั่นสะเทือนของใบพัดโดยอาศัยการวัดความเครียดแบบไม่สัมผัส และได้ความเครียดจากการสั่นสะเทือนของใบพัดโรเตอร์โดยไม่มีหลุมกัดกร่อน รวมกับผลการวัดของการทดสอบความล้ารอบสูงของใบพัด ความน่าเชื่อถือในการทำงานของใบพัดในสถานะไม่กัดกร่อนได้รับการพิสูจน์ ใช้สูตรคู่เพื่อย้อนกลับเกณฑ์การขยายตัวของรอยแตกร้าวของใบพัดในสถานะกัดกร่อน และวิเคราะห์สาเหตุของการแตกร้าวของใบพัด ผลการวิเคราะห์สอดคล้องกับข้อสรุปของการวิเคราะห์การแตกร้าว ซึ่งยืนยันประสิทธิภาพของการวิเคราะห์ มีการใช้มาตรการป้องกันที่สอดคล้องกัน และยืนยันความเป็นไปได้ของมาตรการผ่านการทดลอง

1 ภาพรวมความผิดพลาด
แผ่นใบพัดขั้นแรกและส่วนหน้าของคอมเพรสเซอร์เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนถูกรวมเข้าด้วยกันโดยใช้แม่พิมพ์เหล็กกล้าทนความร้อน 1Cr12Ni2WMoVNb ที่ผ่านการตีขึ้นรูปและการตัดเฉือนด้วย CNC แบบครบวงจร หลังจากการทดสอบใช้งานประมาณ 177 ชั่วโมง พบว่าใบพัดทั้งหมดมีรอยบุ๋มกระจายไม่สม่ำเสมอในขนาดต่างๆ ตั้งแต่โคนใบพัดไปจนถึงปลายใบพัด และใบพัดหนึ่งใบมีรอยแตกร้าว ความยาวของรอยแตกร้าวอยู่ที่ประมาณ 8.3 มม. อยู่ใกล้กับขอบทางเข้า ห่างจากแผ่นขอบประมาณ 4.8 มม. และลักษณะของใบมีดที่มีรอยแตกร้าวแสดงไว้ในรูปที่ 1
รูปที่ 2 แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของบริเวณแหล่งรอยแตก โดยจะเห็นส่วนโค้งของความล้าและสันนูนตามรัศมีเป็นลักษณะทั่วไป บริเวณแหล่งรอยแตกเป็นสีดำภายในระยะประมาณ 0.2 มม. ซึ่งบ่งชี้ว่ามีผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนในบริเวณแหล่งรอยแตก ส่วนบริเวณที่ขยายออกจะเป็นสีเทาดำและเหลืองอ่อน และสามารถมองเห็นส่วนโค้งของความล้าได้จำนวนมาก

2 การวิเคราะห์สาเหตุ
เพื่อชี้แจงสาเหตุและกลไกของความล้มเหลวเพิ่มเติม จึงได้ดำเนินการวิเคราะห์ความแข็งแรงคงที่ การวิเคราะห์การสั่นสะเทือน การวิเคราะห์การขยายตัวของรอยแตกร้าว และการวิเคราะห์การแตกหักกับใบพัดโรเตอร์ขั้นที่หนึ่งของคอมเพรสเซอร์

2.1 การวิเคราะห์ความแข็งแรงแบบสถิต
ตามลักษณะโครงสร้างสมมาตรแบบวงจรของใบพัดขั้นแรกของคอมเพรสเซอร์ จะใช้ตัวดิสก์ขนาด 1/31 และใบพัดที่สมบูรณ์เป็นแบบจำลองการคำนวณ และทำการวิเคราะห์ความแข็งแรงแบบสถิตโดยใช้แพลตฟอร์มซอฟต์แวร์ ANSYS องศาอิสระตามแนวแกนและเส้นรอบวงของโหนดรูโบลต์ของเว็บถูกจำกัด และภาระจะคำนึงถึงอุณหภูมิ ความเร็ว และแรงทางอากาศพลศาสตร์ เงื่อนไขขอบเขตสมมาตรแบบวงจรถูกนำไปใช้กับพื้นผิวสมมาตรแบบวงจร แบบจำลององค์ประกอบไฟไนต์แสดงในรูปที่ 3 และการกระจายความเค้นของตัวใบพัดภายใต้สถานะการทำงานสูงสุดแสดงในรูปที่ 4 ผลการคำนวณแสดงให้เห็นว่าความเค้นในพื้นที่ตรงกลางของรากด้านหลังของใบพัดนั้นมากที่สุด และความเค้นที่จุดเริ่มต้นของรอยแตกของใบพัดนั้นค่อนข้างต่ำ ซึ่งตรงตามข้อกำหนดด้านความแข็งแรง

2.2 การวิเคราะห์การสั่นสะเทือน
การวิเคราะห์โมดอลของใบพัดโรเตอร์ขั้นแรกของคอมเพรสเซอร์ได้ดำเนินการแล้ว โหมดการสั่นสะเทือนลำดับแรกและการกระจายความเค้นการสั่นสะเทือนสัมพันธ์ของใบพัดแสดงอยู่ในรูปที่ 5 จะเห็นได้จากรูปที่ 5 ว่าตำแหน่งของความเค้นการสั่นสะเทือนสูงสุดลำดับแรกตรงกับตำแหน่งของรอยแตกร้าวของใบพัด แผนภาพความเร็วเรโซแนนซ์ของใบพัดแสดงอยู่ในรูปที่ 6

ในจำนวนนี้ ลำดับการกระตุ้นที่ต้องวิเคราะห์ ได้แก่ K = 1, 2, 3, 4 ซึ่งสอดคล้องกับการบิดเบือนของกระแสอากาศเข้าและการกระตุ้นลำดับต่ำของเครื่องยนต์ จำนวนใบพัดนำทางขั้นหน้าคือ 38 และจำนวนใบพัดนำทางขั้นหลังคือ 52 ดังแสดงในรูปที่ 6 ภายในช่วงความเร็วการทำงานของเครื่องยนต์ มีจุดเรโซแนนซ์ระหว่างเส้นเรโซแนนซ์ K = 3 เท่าและเส้นความถี่ธรรมชาติลำดับแรกของใบพัด ความเร็วการทำงานของเครื่องยนต์ที่สอดคล้องกันคือความเร็วต่ำ จุดเรโซแนนซ์อยู่ต่ำกว่าความเร็วต่ำ และขอบเขตเรโซแนนซ์คือ 5.4%

เพื่อตรวจสอบความเสี่ยงของการสั่นพ้องอันดับหนึ่งของใบพัดภายใต้การกระตุ้น K=3 เท่า การสั่นสะเทือนของใบพัดโรเตอร์ขั้นที่หนึ่งของคอมเพรสเซอร์ได้รับการวัดโดยใช้ระบบวัดการสั่นสะเทือนของใบพัดแบบไม่สัมผัส ใบพัดโรเตอร์ขั้นที่หนึ่งของคอมเพรสเซอร์ได้รับการตรวจสอบก่อนการทดสอบ และไม่พบหลุมกัดกร่อน
เพื่อวัดความเค้นจากการสั่นสะเทือนสูงสุดที่อาจเกิดขึ้นในใบพัดภายในช่วงของซองจดหมาย การทดสอบจะพิจารณาการรวมกันของมุมเปิดของใบพัดนำทางที่แตกต่างกันและสภาวะอุณหภูมิทางเข้า และดำเนินการทดสอบสภาวะรวมทั้งหมด 6 ครั้ง สเปกตรัมการทดสอบความเร็วแสดงอยู่ในรูปที่ 7

หลักการพื้นฐานของการทดสอบความเครียดแบบไม่สัมผัสแบ่งออกเป็น 1 ขั้นตอน ขั้นตอนแรกคือการทดสอบค่าแอมพลิจูดของปลายใบมีดภายใต้สภาวะการสั่นพ้องภายใต้สภาวะการทำงานจริงของใบมีด ขั้นตอนที่สองคือการคำนวณผลลัพธ์ความเครียดของจุดวัดความเครียดที่ต้องการที่การสั่นพ้องโดยอิงจากความสัมพันธ์การแปลงระหว่างความเครียดของใบมีดและแอมพลิจูดของปลาย ผลลัพธ์ของการเคลื่อนตัวของการสั่นสะเทือน ความเร็วการสั่นพ้อง และความถี่ของใบมีดในกระบวนการเพิ่มความเร็วรอบแรกภายใต้สถานะ 8 แสดงอยู่ในรูปที่ 1 แกนแนวนอนในรูปคือหมายเลขใบมีด และแกนแนวตั้งคือการเคลื่อนที่ ความเร็วการสั่นพ้อง และความถี่การสั่นพ้องจากบนลงล่าง ความเครียดการสั่นสะเทือนลำดับแรกของใบมีดที่ได้หลังจากการแปลงแสดงอยู่ในตารางที่ XNUMX

อ้างอิงจาก HB 5277-84 ขีดจำกัดความล้าจากการสั่นสะเทือนรอบสูงของใบมีดถูกวัดโดยใช้วิธีการยก และได้รับข้อมูลที่ถูกต้อง 15 รายการ ขีดจำกัดความล้า 107 รอบ-3σ ค่าของใบมีดที่มีขีดจำกัดข้อผิดพลาด 5% (เช่น ระดับความเชื่อมั่น 95% อัตราการอยู่รอด 99.73%) คือ 485MPa การวิเคราะห์การสำรองความล้ารอบสูงโดยใช้ค่าขีดจำกัดความล้า-3σ ของใบมีดจะแสดงในรูปที่ 9 โดยที่แกนตั้งคือความเค้นจากการสั่นสะเทือนและแกนนอนคือความเค้นสถานะคงที่ ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 9 ความเค้นจากการสั่นสะเทือนที่รอยแตกของใบมีดกระจายอยู่ด้านล่างเส้นโค้งกู๊ดแมนโดยมีค่าสำรองความล้า 1.7 และค่าสำรองความล้ารอบสูงที่คำนวณโดยใช้ความเค้นจากการสั่นสะเทือนสูงสุดคือ 5.2 ดังนั้นใบมีดจะไม่ได้รับความเสียหายจากความเมื่อยล้ารอบสูง

2.3 การวิเคราะห์การแพร่กระจายของรอยแตกร้าว
เพื่อตรวจสอบว่าใบมีดอาจเกิดการแพร่กระจายของความเมื่อยล้าภายใต้การกระทำของโหลดสลับรอบสูงหรือไม่ ขณะนี้จึงดำเนินการวิเคราะห์การแพร่กระจายของรอยแตกร้าวของใบมีด
กฎการเติบโตของรอยแตกร้าวจากความล้าแสดงอยู่ในรูปที่ 10 จากรูปที่ 10 จะเห็นได้ว่ามี XNUMX บริเวณระหว่างอัตราการเติบโตของรอยแตกร้าวจากความล้า da/dN และปัจจัยความเข้มข้นของความเค้น ΔK
ก) ระยะแรกคือระยะการเติบโตของรอยแตกร้าวจากความล้าแบบช้า มีค่าเกณฑ์การเติบโตของรอยแตกร้าวจากความล้าเป็น ΔKth เมื่อ ΔK ต่ำกว่า ΔKth รอยแตกร้าวจากความล้าจะไม่เติบโตหรือเติบโตช้ามาก
ข) การเติบโตของรอยแตกร้าวจากความล้าในบริเวณที่สองเป็นไปตามกฎของฟังก์ชันกำลัง อัตราการเติบโตของรอยแตกร้าวจากความล้า da/dN สามารถแสดงได้ด้วยฟังก์ชันกำลังของแอมพลิจูดของปัจจัยความเข้มของความเค้น ΔK สูตรปารีสถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการแสดง
c) บริเวณที่สามคือระยะการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว เมื่อรอยแตกร้าวค่อยๆ เติบโตใกล้หรือถึงระดับ KIC (1 – R) รอยแตกร้าวก็จะเติบโตอย่างรวดเร็ว ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 1 รอยแตกร้าวของใบพัดเริ่มต้นจากหลุมกัดกร่อน และรอยแตกร้าวที่เกิดจากความล้าจะเติบโตในบริเวณใกล้ปลายหลุมกัดกร่อน การวิเคราะห์การสั่นสะเทือนแสดงให้เห็นว่าแรงสั่นสะเทือนลำดับแรกที่รอยแตกร้าวของใบพัดคือแรงดึงตามขอบไอดี และรอยแตกร้าวเริ่มต้นนั้นจัดอยู่ในรอยแตกร้าวประเภท I สนามแรงและสนามการเคลื่อนตัวใกล้ปลายรอยแตกร้าวประเภท I สามารถสรุปได้ดังนี้: ดูสูตร (1) และ (2) ในรูป
โดยที่: KI คือปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นของปลายรอยแตกร้าวประเภท I; r คือรัศมีเชิงขั้วของปลายรอยแตกร้าวในพิกัดเชิงขั้ว; fij(I) (θ) และ g(ijI) (θ) คือฟังก์ชันความเค้นและฟังก์ชันการเคลื่อนตัวตามลำดับ
ตามกลศาสตร์การแตกแบบยืดหยุ่นเชิงเส้น การแสดงออกของปัจจัยความเข้มของความเค้นจะเป็นไปตามที่แสดงในสูตร (3) โดยที่ Δσ คือแอมพลิจูดของความเค้น; a คือขนาดของรอยแตกร้าว; Y คือค่าสัมประสิทธิ์รูปร่าง เนื่องจากรูปร่างของหลุมกัดกร่อนเป็นรอยแตกร้าวบนพื้นผิวรูปวงรีโดยประมาณ ค่าสัมประสิทธิ์รูปร่าง Y จึงเท่ากับ 1.12 แปลงสูตร (3) เพื่อให้ได้ (4)
โดยที่: a0 คือขนาดรอยแตกร้าววิกฤตสำหรับรอยแตกร้าวจากความล้า หากขนาดรอยแตกร้าวน้อยกว่า a0 รอยแตกร้าวจากความล้าจะไม่เกิดขึ้นกับใบมีด
สำหรับเหล็กมาร์เทนซิติก บาร์ซอมได้ความสัมพันธ์เชิงประจักษ์ต่อไปนี้ (5) โดยที่ R คืออัตราส่วนความเค้น นั่นคือ เมื่ออัตราส่วนความเค้นเพิ่มขึ้น ค่าเกณฑ์ของปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นของเหล็กมาร์เทนซิติกจะลดลง

ข้อมูลตัวอย่างของความเค้นจากการสั่นสะเทือนที่วัดได้จะได้รับการวิเคราะห์ทางสถิติ และวิเคราะห์การกระจายความถี่ของความเค้นจากการสั่นสะเทือนของใบมีด ฮิสโทแกรมของการกระจายความถี่ความเค้นจากการสั่นสะเทือนจะแสดงอยู่ในรูปที่ 11 ตามที่แสดงในรูปที่ 11 การกระจายความเค้นจากการสั่นสะเทือนสอดคล้องกับการกระจายแบบปกติ และเส้นโค้งที่เหมาะสมจะเป็นไปตามการกระจาย X~N (36.86, 323.336) ค่าความเค้นจากการสั่นสะเทือน +3σ (กล่าวคือ ระดับความเชื่อมั่น 95% อัตราการรอดชีวิต 0.13%) คำนวณได้ 88 MPa

จากค่าความเค้นจากการสั่นสะเทือน +3σ และความเค้นในสภาวะคงที่ที่ความเร็วเรโซแนนซ์ของใบมีด อัตราส่วนความเค้น R ที่จุดเริ่มต้นของรอยแตกร้าวของใบมีดจะคำนวณได้ 0.2 จากสูตร (5) สามารถคำนวณได้ว่าค่าเกณฑ์ของปัจจัยความเข้มความเค้น ΔKth ที่สอดคล้องกับอัตราส่วนความเค้น R ของ 0.2 คือ 5.31 MPa·m1/2 จากสูตร (4) สามารถคำนวณได้ว่าขนาดรอยแตกร้าววิกฤต a0 ของรอยแตกร้าวจากความล้าคือ 0.23 มม. ความลึกของหลุมกัดกร่อนที่วัดได้โดยรวมคือ 0.25 มม. จากการคำนวณข้างต้น จะเห็นได้ว่าเมื่อความเค้นจากการสั่นสะเทือนมีค่าเท่ากับ +3σ ความลึกของหลุมกัดกร่อนจะสามารถเข้าถึงขนาดรอยแตกร้าววิกฤตได้ และรอยแตกร้าวจะขยายออก เนื่องจากการกระจายความเค้นจากการสั่นสะเทือนเป็นไปตามการกระจายแบบปกติ ส่วนความเค้นจากการสั่นสะเทือนที่มีค่าน้อยกว่า +3σ จึงไม่สามารถเป็นไปตามเงื่อนไขการขยายตัวของรอยแตกร้าวได้ การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการลดลงของคุณสมบัติของวัสดุหลังจากใบมีดกัดกร่อน

เนื่องจากสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนจะลดค่าปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นของวัสดุโลหะ ทำให้ใบมีดแตกร้าวได้ง่ายขึ้น แอมพลิจูดของปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นนี้เรียกว่าค่าเกณฑ์แอมพลิจูดของปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นจากการกัดกร่อน ซึ่งแสดงโดย ΔKthCF ขณะนี้ ค่าเกณฑ์ของปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นของใบมีดภายใต้สภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนจะกลับกัน โดยถือว่าขนาดรอยแตกร้าววิกฤตของใบมีดคือ 0.25 มม. ค่าเฉลี่ยของความเค้นจากการสั่นสะเทือนคือ 36.86 MPa และใช้สูตร (3) เพื่อคำนวณค่าเกณฑ์ของปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นของใบมีดภายใต้สภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนให้เท่ากับ 2.31MPa·m1/2 การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนจะลดค่าเกณฑ์ของปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นของใบมีด เมื่อปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นที่จุดเริ่มต้นของรอยแตกร้าวของใบมีดถึงค่าเกณฑ์ของการแตกร้าวจากการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน รอยแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นจะเริ่มต้นขึ้น และจากนั้นการแตกร้าวจากความเค้นจะเกิดขึ้น

2.4 การวิเคราะห์การแตกหัก
การวิเคราะห์การแตกร้าวของใบมีดที่แตกร้าวแสดงให้เห็นสัณฐานวิทยาในระดับจุลภาคของบริเวณแหล่งแตกร้าวในรูปที่ 12 สามารถเห็นลักษณะระหว่างเม็ดเกรนทั่วไปได้ในบริเวณแหล่งแตกร้าว และสามารถมองเห็นสัณฐานวิทยาของหลุมกัดกร่อนที่ละเอียดได้บนพื้นผิวเมล็ดพืช จุลภาคของรอยร้าวแสดงไว้ในรูปที่ 13 รอยแตกร้าวขยายไปทางขอบไอเสีย และสามารถมองเห็นลักษณะแถบความล้าทั่วไปได้ก่อน ระหว่าง และหลังการขยาย

ตัวอย่างโลหะวิทยาถูกตัดออกจากใบมีดที่แตกร้าวในแนวขนานกับทิศทางของรอยแตกร้าว ตัวอย่างจะถูกบดและขัดเพื่อสังเกตโครงสร้างจุลภาค สัณฐานวิทยาแสดงไว้ในรูปที่ 14 ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 14 สามารถเห็นรอยแตกร้าวตามเกรนจำนวนมากที่ขอบไอดีของใบมีดที่แตกร้าว ความลึกของรอยแตกร้าวค่อนข้างตื้น ประมาณ 0.25 มม. และสามารถมองเห็นลักษณะรอยแตกร้าวตามเกรนละเอียดใกล้กับขอบเกรน ซึ่งบ่งชี้ว่าหลุมที่ขอบไอดีของใบมีดเกิดจากการกัดกร่อน

การวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงานที่ขอบเกรนแสดงให้เห็นว่าบริเวณแหล่งแตกหักประกอบด้วยธาตุกัดกร่อนเป็นหลัก เช่น O, S และ C และยังมีธาตุ O อยู่ในบริเวณการขยายตัวอีกด้วย นอกจากนี้ยังมีธาตุกัดกร่อน เช่น S และ O ในบริเวณหลุมและพื้นผิวอื่นๆ ของใบมีด โปรดดูตารางที่ 2

ผลการวิเคราะห์การแตกร้าวแสดงให้เห็นว่าหลุมที่ขอบทางเข้าของใบมีดและพื้นที่แหล่งแตกร้าวตามแนวเมล็ดพืชเกิดจากการกัดกร่อน จากมุมมองของระดับความเสียหายจากการกัดกร่อนและตำแหน่งการแตกร้าว พื้นที่แหล่งแตกร้าวนั้นโดยพื้นฐานแล้วจะอยู่ใกล้กับรากของใบมีด ซึ่งบ่งชี้ว่าการขยายตัวจากความล้าของใบมีดไม่ได้เกี่ยวข้องกับระดับความเสียหายจากการกัดกร่อนที่พื้นผิวเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับแรงสั่นสะเทือนที่ค่อนข้างมากที่เกิดจากตำแหน่งนี้ในระหว่างการทำงานด้วย ใบมีดอาจเกิดการแตกร้าวจากการกัดกร่อนตามแนวเมล็ดพืชก่อน จากนั้นจึงเกิดการขยายตัวจากความล้าภายใต้การกระทำของแรงเครียดจากการทำงาน

3 การวิเคราะห์สาเหตุอย่างครอบคลุม

สาเหตุของความล้มเหลวของใบพัดและการแตกร้าวสรุปได้ดังนี้: ใบพัดโรเตอร์มักทำงานในบริเวณชายฝั่งและภายในแผ่นดินที่มีความชื้นและร้อน บรรยากาศประกอบด้วยสารกัดกร่อนในระดับสูง เช่น กำมะถันและคลอรีน และค่า pH ต่ำ ภายใต้อิทธิพลของสภาพแวดล้อม ใบพัดจะกัดกร่อนก่อน และเกิดหลุมและรูที่ไม่สม่ำเสมอที่ขอบทางเข้าอากาศ การเกิดหลุมกัดกร่อนทำให้เกิดความเข้มข้นของความเค้นในพื้นที่ ดังนั้นรอยแตกร้าวจากความล้าของการกัดกร่อนของใบพัดจึงเกิดจากหลุมกัดกร่อน

การกัดกร่อนทำให้แรงยึดติดระหว่างเมล็ดวัสดุอ่อนลงอย่างมากและลดค่าเกณฑ์ของปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นของวัสดุ ภายใต้การกระทำของความเครียดจากการสั่นสะเทือนรอบสูง หลุมกัดกร่อนจะเริ่มเปลี่ยนเป็นรอยแตกร้าว เมื่อค่าปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นของรอยแตกร้าวเทียบเท่าที่หลุมกัดกร่อนของใบมีดถึงค่าเกณฑ์ของปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นสำหรับการขยายตัวของรอยแตกร้าวจากความล้าจากการกัดกร่อน รอยแตกร้าวจากความล้าจากการกัดกร่อนก็จะเริ่มขึ้น หลังจากนั้น ภายใต้การกระทำร่วมกันของสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนและภาระสลับรอบสูง รอยแตกร้าวจากความล้าจากการกัดกร่อนจะขยายตัว และในที่สุด ความล้มเหลวจากความล้าจากการกัดกร่อนของใบมีดก็เกิดขึ้น

4. มาตรการปรับปรุงและการตรวจสอบ

4.1 มาตรการปรับปรุง
เนื่องจากใบพัดโรเตอร์ตอบสนองความต้องการด้านโครงสร้างและประสิทธิภาพทางอากาศพลศาสตร์ในแง่ของการออกแบบโครงสร้าง การปรับปรุงสองประการต่อไปนี้จึงได้รับการพิจารณาจากมุมมองของกระบวนการ:
ก) ในระหว่างกระบวนการตีขึ้นรูปโลหะ อุณหภูมิการอบชุบจะถูกควบคุมเพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุ
b) เพิ่มกระบวนการอลูมิเนียมอุณหภูมิต่ำลงบนพื้นผิวใบมีดเพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของใบมีด

4.2 การตรวจสอบมาตรการ
เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของมาตรการดังกล่าว ได้มีการทดสอบการกัดกร่อนของละอองเกลือกับชิ้นงานวัสดุเดียวกัน ตามข้อกำหนดของ GJB150.11A-2009[19] ชิ้นงานได้รับการออกแบบและขนาดจะแสดงไว้ในรูปที่ 15 ชิ้นงาน 590 ชิ้นที่ผ่านการอบชุบที่อุณหภูมิ 580℃ โดยไม่เคลือบอลูมิเนียม ชิ้นงาน 580 ชิ้นที่ผ่านการอบชุบที่อุณหภูมิ 1℃ โดยไม่เคลือบอลูมิเนียม และชิ้นงาน 12 ชิ้นที่ผ่านการอบชุบที่อุณหภูมิ 2℃ พร้อมเคลือบอลูมิเนียม ถูกนำมาใช้ในการทดสอบการกัดกร่อนของละอองเกลือ และได้มีการสำรวจอิทธิพลของกระบวนการเคลือบอลูมิเนียมและอุณหภูมิการอบชุบต่อความต้านทานการกัดกร่อนของละอองเกลือของวัสดุ 3Cr96Ni16WMoVNb พารามิเตอร์การทดสอบของกระบวนการทดสอบแสดงอยู่ในตารางที่ XNUMX และลักษณะของชิ้นงานทดสอบหลังจากการกัดกร่อนของละอองเกลือ XNUMX ชั่วโมงจะแสดงไว้ในรูปที่ XNUMX

ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าความต้านทานการกัดกร่อนของตัวอย่างที่ผ่านการอบชุบที่อุณหภูมิ 580 องศาเซลเซียสนั้นดีกว่าตัวอย่างที่ผ่านการอบชุบที่อุณหภูมิ 590 องศาเซลเซียสอย่างเห็นได้ชัด ชั้นอลูมิเนียมช่วยชะลอการกัดกร่อนของพื้นผิวได้อย่างมากและยังมีบทบาทในการต้านทานการกัดกร่อนจากละอองเกลืออีกด้วย
หลังจากดำเนินการปรับปรุงตามมาตรการข้างต้นแล้ว ใบพัดของเครื่องยนต์ที่ถึงอายุการใช้งานสิ้นสุดก็ถูกถอดประกอบและตรวจสอบ ไม่พบการกัดกร่อนหรือรอยแตกร้าวใดๆ เกิดขึ้น ซึ่งบ่งชี้ว่ามาตรการดังกล่าวได้รับการตรวจยืนยันแล้วว่ามีประสิทธิภาพ

สรุป

การวิจัยที่เกี่ยวข้องได้ดำเนินการเกี่ยวกับการกัดกร่อนและการแตกหักของใบพัดในระหว่างการทดสอบเครื่องยนต์ประเภทหนึ่ง และสามารถสรุปได้ดังนี้:

ตามการวิเคราะห์การจำลอง จะเห็นได้ว่าใบพัดมีการสั่นพ้องต่ำกว่าความเร็วต่ำ ตามผลการทดสอบการวัดความเครียดแบบไม่สัมผัสของเครื่องจักรทั้งหมดและผลการวัดความล้ารอบสูงของใบพัด สามารถพิสูจน์ได้ว่าใบพัดทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในสถานะที่ไม่กัดกร่อน

สาเหตุหลักของการแตกร้าวคือใบมีดถูกกัดกร่อนก่อน และการกัดกร่อนจะลดเกณฑ์การขยายตัวของรอยแตกร้าวจากความล้าของวัสดุ เมื่อค่าปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นของรอยแตกร้าวเทียบเท่าที่หลุมกัดกร่อนของใบมีดถึงค่าเกณฑ์ปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นของการขยายตัวของรอยแตกร้าวจากความล้าจากการกัดกร่อน รอยแตกร้าวจากความล้าจากการกัดกร่อนก็จะเริ่มขึ้น จากนั้นความล้มเหลวจากความล้าจะเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของภาระสลับรอบสูง อิทธิพลของการกัดกร่อนต่อเกณฑ์การขยายตัวของรอยแตกร้าวจากความล้าเกี่ยวข้องกับตัวกลางที่กัดกร่อน การจัดระเบียบและคุณสมบัติของวัสดุ อุณหภูมิ อัตราส่วนความเค้น และรูปแบบของภาระ ซึ่งค่อนข้างซับซ้อนและต้องมีการวิจัยเชิงลึกเพิ่มเติม

จำเป็นต้องใส่ใจกับแนวคิดการออกแบบของ ใบมีด เคลือบป้องกันตัวอย่างเช่น กระบวนการอะลูมิไนซ์ที่อุณหภูมิต่ำสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนและอายุการใช้งานของใบมีดได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม กระบวนการอะลูมิไนซ์ที่อุณหภูมิต่ำอาจส่งผลต่อพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น เกณฑ์การขยายตัวของรอยแตกร้าว และขอบเขตของอิทธิพลนั้นต้องการการวิจัยเชิงลึกผ่านการทดลองที่เกี่ยวข้อง