镍基合金涡轮叶片的服役损伤机理与性能衰减

陈 操,韩 雷,张 钰,闫晓军

（1.中航工程集成设备有限公司，北京 102206；2.复旦大学 航空航天系，上海 200433；3.中国舰船研究设计中心，武汉 430064；4.北京航空航天大学 能源与动力工程学院，北京 100191）

涡轮叶片在高温、高压和高速的燃气环境下工作，承受巨大的离心载荷、瞬变的气动载荷和高频的振动应力，同时还要承受高温燃气引起的热应力和氧化腐蚀等[1]。因此，经过长期服役后，涡轮叶片的微观组织会发生演化，导致涡轮叶片疲劳失效。

鉴于涡轮叶片服役载荷环境十分复杂，按照当前的技术水平，无法实现对涡轮叶片服役环境的完全准确模拟。因此，出于安全性考虑，工程上常采用给定涡轮叶片安全寿命的方法，即在预先确定的服役寿命到达时将涡轮叶片强制退出服役[2-3]。然而，许多已经“到寿”的涡轮叶片实际上并未严重损伤，故这种偏于保守的设计可能会导致一定程度的资源浪费，大幅增加航空发动机的使用和维护成本。因此，从安全性和经济性两个方面综合考虑，若能够揭示涡轮叶片服役过程中的微观组织演变机理和疲劳性能衰减行为之间的关系，对于清楚地认识涡轮叶片的损伤和寿命规律，充分挖掘涡轮叶片的使用潜力、合理利用现有资源、有效降低维护成本以及提高发动机使用的可靠性等具有重要意义[4-7]。

对于服役状态下涡轮叶片微观组织演变机理，目前公开的研究文献还比较有限，但仍然有不少学者做出了有价值的研究工作。……