空心风扇叶片榫头裂纹原因分析

高志坤，韩振宇，佟文伟，张开阔，李 青

(中国航空工业沈阳发动机设计研究所，沈阳 110015）

0 引言

风扇叶片是目前最常用的航空发动机——涡扇发动机的重要部件，从早期的窄弦带凸肩实心叶片到后期的宽弦空心叶片，风扇叶片在结构设计上发生了重大的变化，相伴而来的是涡扇发动机性能的不断改进与提高。目前，宽弦空心风扇叶片已经成为先进涡扇发动机的标志性部件之一，如 PW4084、GE90、TRENT800、F119、M88 － 2和EJ200等发动机上都采用了宽弦空心风扇叶片［1-4］。

某空心风扇叶片采用超塑成形/扩散连接(SPF/DB)组合工艺制造，材料为TC4钛合金，叶身进行喷丸处理，榫头不进行喷丸处理。为了解该叶片的疲劳性能，研究其破坏模式和失效机理，验证空心叶片设计和加工工艺，对3片叶片开展了振动疲劳试验。试验过程中，空心叶片榫头部位均出现了宏观裂纹。本研究对其中1片叶片榫头裂纹问题进行了全面分析，为避免同类故障的再次发生提供借鉴。

1 试验与结果

1.1 宏观检查

裂纹位于叶片榫头部位，呈横向扩展，在叶背和叶盆侧扩展长度相近，约为9 mm;榫头叶背、叶盆侧均有明显的损伤带，主要呈灰黑色，并有少量红棕色锈迹掺杂，榫头底面局部也有同样的不均匀损伤;裂纹大部分位于该损伤带内，且靠近上端(图1)。

图2为裂纹断口宏观形貌。断口呈灰、黑色，黑色区有一定的磨损，可见明显的放射棱线和疲劳弧线，表明断口为疲劳断口，断裂起始于叶背侧距排气边端面约5.4 mm处，有多个小台阶，呈线性特征。……