Hodnocení únavového porušení lopatek z niklových slitin

Abstract

Tato práce se zabývá únavovým porušením rotorových lopatek prvního a druhého stupně vysokotlaké trubíny trubohřídelového motoru TV3-117. Práce obsahuje podrobnou teoretickou rešerši na téma niklových superslitin, creepu, lomové mechaniky a únavového poškození. V rámci popisu superslitin Ni je věnován důraz zejména slitinám využívaným pro výrobu lopatek turbín a turbínových disků. Další zmiňované kapitoly se zaměřují na obecný popis problematiky porušování těchto komponent. Ve druhé části práce je stručně popsán experimentální materiál a jeho původ, provedení experimentu a jeho vyhodnocení které se zaměřuje zejména na hodnocení snímků z optické a elektronové mirkoskopie v kombinaci s ověřením základních mechanických vlastností zkoumaných materiálů (substrát ŽS6K a alitační vrstva). Na základě zkušeností nabytých během provádění experimentální činnosti a vyhodnocení výsledků lze jako kritický článek celého systému stanovit alitační vrstvu a technologii jejího nanášení. Pozorovaná vrstva je nevyhovující a s velkou pravděpodobností způsobuje předčasné poruchy rotorových lopatek vysokotlaké turbíny. Detailní shrnutí výsledků je v závěrečných kapitolách (kapitoly Diskuse a Závěr).

This thesis deals with fatigue failure of high pressure turbine (first and second stage) blades in turboshaft engines of TV3-117 type. Thesis includes a detailed theoretical part which focuses on nickel superalloys, creep, fracture mechanics and fatigue failure. Chapter describing Ni superalloys is mainly focused on cast alloys used for manufacturing of turbine blades and disks. The rest of the aforementioned chapters take a broader approach and describe the expected phenomena in general. The second part of thesis includes a short introduction of the experimental material and its origin. The experimental regime is described and evaluation of results is based on optical and scanning electron microscopy findings put together with a basic mechanical properties verification of the experimental materials (ZhS6K alloy and its thermal barrier coating in the form of an alitation layer). Based on the experience gained during the testing and evaluation phase, the most probable failure point was identified in the alitation layer which shows a~tendency to experience brittle fracture failure, crack initiation and corrosion damage. Reasons for this behaviour are described in the ending chapters, where the most probable factors causing the failure are mentioned.