金属分析法在汽轮机叶片断裂中的应用

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1、材料分析方法结课论文题目：材料分析法在汽轮机叶片断裂中的应用指导教师：刘冬雨姓名：曹力班级：研动1518学号：1152202181材料分析法在汽轮机叶片断裂中的应用曹力研动15181152202181一．背景汽轮机是发电设备的三大主机之一。汽轮机的转动部分总称转子。它是由大轴、叶轮、叶片及其它部件所组成，是汽轮机最重要的部件之一。高速旋转的转子承受很大的离心力，并传递作用在动叶片上蒸汽产生的扭矩。叶片在汽轮机中承担着把蒸汽的热能转化为机械能的重要任务，其在转子上高速转动，由于其工作状态十分复杂，在高

2、温、高转速情况下，既承受巨大的离心力，又要承受蒸汽力、蒸汽激振力，还可能产生弯曲、振动以及湿蒸汽区水滴冲蚀的作用等，因而容易发生各类失效事故。因而对叶片在设计、制造、检修及运行个方面都提出了很高的要求，以保证安全可靠的运转。汽轮机因叶片断裂等原因而造成的事故时有发生，运行中汽轮机叶片断裂不仅导致了设备的加剧损坏和延长停机检修时间，更将直接影响电站的安全可靠供热发电，造成十分巨大的损失。因此应及时分析判断汽轮机叶片断裂的原因，以采取必要的处理和预防措施。可以看到，对材料的科学分析是获得先进材料的核心环

3、节，使用科学的分析法分析材料对于减少生产实践中的事故有着重要的借鉴意义，结合本课题，应用材料分析法对汽轮机叶片断裂情况进行研究目的就在于此。典型的材料分析方法很多，包括X射线多晶衍射分析(XRD)，透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(STM)及电子探针(EDS)，表面分析技术，热分析技术，光谱分析技术等，考虑到实际应用中的要求，一般在材料研究时都是几种方法结合起来，以期对金属失效等材料问题有深入的认识。针对本课题，主流多考虑采用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(STM)对叶片断裂机制进

4、行分析研究。二．分析方法介绍2.1透射电子显微镜(TEM)2.1.1简介和原理透射电子显微镜（英语：Transmissionelectronmicroscope，缩写TEM），简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。通常，透射电子显微镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即小于0.2微米、光学显微镜下无法看清的结构，又称“亚显微

5、结构”。透射电子显微镜的成像原理可分为三种情况：吸收像：当电子射到质量、密度大的样品时，主要的成相作用是散射作用。样品上质量厚度大的地方对电子的散射角大，通过的电子较少，像的亮度较暗。早期的透射电子显微镜都是基于这种原理。衍射像：电子束被样品衍射后，样品不同位置的衍射波振幅分布对应于样品中晶体各部分不同的衍射能力，当出现晶体缺陷时，缺陷部分的衍射能力与完整区域不同，从而使衍射钵的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。相位像：当样品薄至100A以下时，电子可以穿过样品，波的振幅变化可以忽略，成像来自于

6、相位的变化。2.2扫描电子显微镜(STM)2.2.1简介和原理扫描电镜（SEM）是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。扫描电镜的优点是，①有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调；②有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；③试样制备简单。目前的扫描电镜都配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析。扫描电子显微镜的制造依据是电子与物质的相互作用。扫描电镜从原理上讲就是利

7、用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描，激发出各种物理信息。通过对这些信息的接受、放大和显示成像，获得测试试样表面形貌的观察。当一束极细的高能入射电子轰击扫描样品表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时可产生电子-空穴对、晶格振动（声子）、电子振荡（等离子体）。二．分析过程了解以上的两个分析法后，我们就可以结合具体的例子进行材料分析。查阅文献，分析实例和具体步骤如下：实例：某厂型号为CC50-90/

8、42/15的汽轮机组在1996年3月6日23：00时，机组运行中振动突然增大，揭缸后检查发现，末级第64号叶片在叶长大约1/3处断裂，断裂的叶片因受高速撞击，其边缘已产生严重卷曲变形，如图3-1所示，同时，也造成其它20余片叶片的撞伤。对全部末级叶片进行渗透探伤，结果发现，有14片叶片上存在长度不同的穿透型裂纹，有的叶片上有多条裂纹。图3-1断裂叶片卷曲变形对断裂的叶片进行以下试验和测试：①金相分析；②宏观断口分析；③微观断口分析；④X射线能谱分析。3.1金相分析叶片