陳光/文
2016年10月28日，一架美國航空公司裝有2台CF6-80C2B6的波音公司767-300ER客機，執行由芝加哥飛往邁阿密的AA383航班任務，機上載有旅客161名，機組人員9人。
當客機由芝加哥奧赫爾國際機場起飛時，飛機在跑道上加速滑行(發動機處於最大起飛推力狀態)到2000m時，飛機的滑行速度己達到起飛速度，此時駕駛員聽見嘭的一聲巨響，右側發動機推力急劇下降，駕駛員感到大事不好，立即終止了起飛，飛機在滑行了820m後，停在了跑道上。
圖1、由飛機流出的燃油引發飛機發生大火
由於通向發動機的燃油總管以及機翼內的燃油箱被甩出發動機的高壓渦輪第2級輪盤的斷塊打斷與打穿，大量燃油下洩引發大火（圖1），將飛機右側機翼及機身燒毀，見圖2。
此時乘務員立即打開飛機上的應急滑梯（機身左側2個，右側機身前部1個），組織乘客逃離飛機，由於左側發動機並未停車，因此發動機排氣尾流對從滑梯逃離的1名旅客造成重傷，機上170人均安全逃離飛機，其中有21人輕傷。
圖2、飛機右側機翼與機身燒毀情況
打斷燃油總管的渦輪輪盤斷塊是右側發動機在飛機即將離地時，高壓渦輪2級輪盤發生了非包容破裂故障所造成的。當飛機在跑道上加速到140km/h速度即將離地時，發動機處於起飛推力狀態下，第2級高壓渦輪輪盤突然爆裂成兩大塊（圖3），其中質量為25.7kg的A塊甩出發動機後，先打斷向燃燒室供燃油的總管，繼而將飛機右機翼油箱㡳打穿，又在右翼打出兩個洞後，隨後飛越895m後打穿UPS倉庫屋頂，最後墜落在倉庫內的地板上。
圖3、高壓渦輪2級輪盤破裂成四塊
輪盤的另一大半塊甩出發動機後，砸向跑道後摔成三塊（B、C、D）飛越近420m分別墜落到另一跑道邊的不同草地上，其中B、C、D塊的質量分別為37.8kg、3kg與0.9kg。
出事的CF6-80C2B6的發動機由1級風扇、4級增壓壓氣機、14級高壓壓氣機、2級高壓渦輪與5級低壓渦輪組成，圖4示出了它的高壓渦輪轉子，發動機己工作68785h與10 984循環。
對輪盤殘骸的斷面進行觀察，發現在輪盤前緣的盤心處有明顯的黑灰色區，如圖5所示，輪盤是由此處開始斷裂的。對斷裂區進行電子顯微鏡觀察，發現在輪盤表面下細晶包圍出一7.81mm×1027mm白色區域，見圖6，此區域中有多根條紋與裂紋，被稱為「不連續的白斑點區」。
圖4 、CF6-80C2高壓渦輪轉子組件
進一步觀察與分析，不連續的白斑點區是由於材料中存在微米級的氧化物造成的。由於輪盤表面下即輪盤內部存在着由雜質產生的微裂紋與條紋，在長期處於低循環條件下工作，裂紋逐漸增長直至輪盤爆裂。出故障的輪盤是在工作10 984循環後爆裂的，其設計壽命為15000循環。
經過NTSB與GE公司的分析與研究，確認輪盤材料中存在微米級氧化物是在輪盤材料熔煉過程中未能清除而殘留在材料中的，且在生產當年以及投入使用後，也無法探測出。
CF6-80C2高壓渦輪2級輪盤所用材料為In718鎳基合金，出故障的輪盤是1997的年生產的。首先是由美國的ATI 特殊材料公司（ATI SM）根據GE公司技術文件的要求，採用三重熔煉法（真空感應熔煉、電渣重熔與真空電弧重熔）熔煉出In718的鑄錠。
釆用三重熔煉是為了消除材料中的雜質，保證材料的各項指標符合要求。澆鑄的鑄錠直徑為254mm，交給Wyman Gordon公司進行進一步的熱加工，首先將鑄錠的頂端與㡳部切割掉，然後再切成9個坯料，每個壞料經過三個方向的多次錘鍛以及相應的熱處理後，形成可供機械加工的鍛坯，1997年8月8日Wyman Gordon將符合規範要求的鍛坯交給德國的MTU公司。
MTU公司對此鍛坯加工出最終的輪盤。在各製造工序中，均按GE公司的要求，採用超聲波探測儀對原材料與加工好的輪盤進行過多次探傷，但均未發現引起這次故障的微隙。當年ATI SM公司用於探傷的超聲波探測技術與2017年㡳該公司用的技術是一樣的，所用的探傷設備也是按同一設計製成的。
1998年2月MTU對發生故障的輪盤完成了最終檢查後，簽發了符合要求的合格證，發送到GE公司，同年3月此輪盤裝到發生故障的CF6-80C2B發動機上，發動機序號為ESN 690-373。1998年4月30日，波音公司向美國航空公司（AA）交付了裝有此次發生故障發動機的767客機。
圖5、輪盤斷面
ESN 690-373發動機在服役18年期中，曾對高壓渦輪2級輪盤按FAA適航指令進行過2次強制性的檢測，即2011年1月15日與2017年3月25日，檢測的手段均符合FAA的有關指令，結果表明輪盤質量無問題，也即未發現隱藏在輪盤內的微隙。
由於鎳基合金在熔煉過程中，微米級的氧化物未被清除乾淨，所形成的暇疵又無法探測出來，隱藏在輪盤內部，經過一萬多次低循環加載與卸載，裂隙逐步擴大發展，最終導致高壓渦輪2級輪盤爆裂。
經GE公司核實，與故障件同期（1997年）生產的高壓渦輪2級輪盤共有36件，其中有8件仍在使用，GE公司對此8件進行了高分辨率的超聲探測儀檢查，未發現存存問題。
CF6-80C2發動機中，高壓渦輪1級輪盤曾出現過數次非包容爆裂故障。例如：2000年9月22日美囯航空公司的767-2B7(ER)進行地面維修性試車時，1號發動機1級高壓渦輪輪盤爆裂，甩出的斷片造成飛機左翼下部着火，使飛機及1號發動機受到損壞；2002年12月28日新西蘭航空公司的767-219(ER)，爬升到3400m時高壓渦輪1級、輪盤爆裂，斷塊打穿發動機及短艙，打壞飛機左翼前緣；2006年6月2日美洲航空公司的767-223（ER）進行地面調整試車時，高壓渦輪1級盤爆裂，斷塊打壞飛機多處並引發著火；另外還有5起類似故障。
圖6電子顯微鏡下的斷裂區
2008年1月31日，NTSB對於CF6-80C2高壓渦輪1級輪盤出現多次非包容爆裂的可能原因歸納為：高壓渦輪1級輪盤為疲勞斷裂，是由於一條晶間裂紋造成破裂的，原因是高壓渦輪輪盤設計不完善，造成在榫槽底部後圓角處有一個高應力區，此處的應力接近或等於材料的許用應力，因此只要有一點小疵點就可能造成起裂，裂紋發展後造成輪盤破裂。為此，GE公司對輪盤榫槽㡳部後圓角處進行了設計修改，並在加工、裝配與使用中，避免在該圓角處出現人為的傷痕，此後再未出現類似的故障。
從高壓渦輪輪盤中隱藏多年的暇疵引發價值2億美元的767客機燒毀，以及設計缺陷造成多起高壓渦輪1級輪盤非包容爆裂等嚴酷事例說明，在發動機研製中，對高速旋轉的零件特別是處於高溫下的渦輪盤，要特別認真對待，要從材料的源頭抓起，不僅要精心設計，嚴格試驗，還要在冷熱加工過程中，一絲不苟，使生產的產品能承受長時間運行的考驗。
