陈光/文
2016年10月28日，一架美国航空公司装有2台CF6-80C2B6的波音公司767-300ER客机，执行由芝加哥飞往迈阿密的AA383航班任务，机上载有旅客161名，机组人员9人。
当客机由芝加哥奥赫尔国际机场起飞时，飞机在跑道上加速滑行(发动机处于最大起飞推力状态)到2000m时，飞机的滑行速度己达到起飞速度，此时驾驶员听见嘭的一声巨响，右侧发动机推力急剧下降，驾驶员感到大事不好，立即终止了起飞，飞机在滑行了820m后，停在了跑道上。
图1、由飞机流出的燃油引发飞机发生大火
由于通向发动机的燃油总管以及机翼内的燃油箱被甩出发动机的高压涡轮第2级轮盘的断块打断与打穿，大量燃油下泄引发大火（图1），将飞机右侧机翼及机身烧毁，见图2。
此时乘务员立即打开飞机上的应急滑梯（机身左侧2个，右侧机身前部1个），组织乘客逃离飞机，由于左侧发动机并未停车，因此发动机排气尾流对从滑梯逃离的1名旅客造成重伤，机上170人均安全逃离飞机，其中有21人轻伤。
图2、飞机右侧机翼与机身烧毁情况
打断燃油总管的涡轮轮盘断块是右侧发动机在飞机即将离地时，高压涡轮2级轮盘发生了非包容破裂故障所造成的。当飞机在跑道上加速到140km/h速度即将离地时，发动机处于起飞推力状态下，第2级高压涡轮轮盘突然爆裂成两大块（图3），其中质量为25.7kg的A块甩出发动机后，先打断向燃烧室供燃油的总管，继而将飞机右机翼油箱㡳打穿，又在右翼打出两个洞后，随后飞越895m后打穿UPS仓库屋顶，最后坠落在仓库内的地板上。
图3、高压涡轮2级轮盘破裂成四块
轮盘的另一大半块甩出发动机后，砸向跑道后摔成三块（B、C、D）飞越近420m分别坠落到另一跑道边的不同草地上，其中B、C、D块的质量分别为37.8kg、3kg与0.9kg。
出事的CF6-80C2B6的发动机由1级风扇、4级增压压气机、14级高压压气机、2级高压涡轮与5级低压涡轮组成，图4示出了它的高压涡轮转子，发动机己工作68785h与10 984循环。
对轮盘残骸的断面进行观察，发现在轮盘前缘的盘心处有明显的黑灰色区，如图5所示，轮盘是由此处开始断裂的。对断裂区进行电子显微镜观察，发现在轮盘表面下细晶包围出一7.81mm×1027mm白色区域，见图6，此区域中有多根条纹与裂纹，被称为“不连续的白斑点区”。
图4 、CF6-80C2高压涡轮转子组件
进一步观察与分析，不连续的白斑点区是由于材料中存在微米级的氧化物造成的。由于轮盘表面下即轮盘内部存在着由杂质产生的微裂纹与条纹，在长期处于低循环条件下工作，裂纹逐渐增长直至轮盘爆裂。出故障的轮盘是在工作10 984循环后爆裂的，其设计寿命为15000循环。
经过NTSB与GE公司的分析与研究，确认轮盘材料中存在微米级氧化物是在轮盘材料熔炼过程中未能清除而残留在材料中的，且在生产当年以及投入使用后，也无法探测出。
CF6-80C2高压涡轮2级轮盘所用材料为In718镍基合金，出故障的轮盘是1997的年生产的。首先是由美国的ATI 特殊材料公司（ATI SM）根据GE公司技术文件的要求，采用三重熔炼法（真空感应熔炼、电渣重熔与真空电弧重熔）熔炼出In718的铸锭。
釆用三重熔炼是为了消除材料中的杂质，保证材料的各项指标符合要求。浇铸的铸锭直径为254mm，交给Wyman Gordon公司进行进一步的热加工，首先将铸锭的顶端与㡳部切割掉，然后再切成9个坯料，每个坏料经过三个方向的多次锤锻以及相应的热处理后，形成可供机械加工的锻坯，1997年8月8日Wyman Gordon将符合规范要求的锻坯交给德国的MTU公司。
MTU公司对此锻坯加工出最终的轮盘。在各制造工序中，均按GE公司的要求，采用超声波探测仪对原材料与加工好的轮盘进行过多次探伤，但均未发现引起这次故障的微隙。当年ATI SM公司用于探伤的超声波探测技术与2017年㡳该公司用的技术是一样的，所用的探伤设备也是按同一设计制成的。
1998年2月MTU对发生故障的轮盘完成了最终检查后，签发了符合要求的合格证，发送到GE公司，同年3月此轮盘装到发生故障的CF6-80C2B发动机上，发动机序号为ESN 690-373。1998年4月30日，波音公司向美国航空公司（AA）交付了装有此次发生故障发动机的767客机。
图5、轮盘断面
ESN 690-373发动机在服役18年期中，曾对高压涡轮2级轮盘按FAA适航指令进行过2次强制性的检测，即2011年1月15日与2017年3月25日，检测的手段均符合FAA的有关指令，结果表明轮盘质量无问题，也即未发现隐藏在轮盘内的微隙。
由于镍基合金在熔炼过程中，微米级的氧化物未被清除干净，所形成的暇疵又无法探测出来，隐藏在轮盘内部，经过一万多次低循环加载与卸载，裂隙逐步扩大发展，最终导致高压涡轮2级轮盘爆裂。
经GE公司核实，与故障件同期（1997年）生产的高压涡轮2级轮盘共有36件，其中有8件仍在使用，GE公司对此8件进行了高分辨率的超声探测仪检查，未发现存存问题。
CF6-80C2发动机中，高压涡轮1级轮盘曾出现过数次非包容爆裂故障。例如：2000年9月22日美囯航空公司的767-2B7(ER)进行地面维修性试车时，1号发动机1级高压涡轮轮盘爆裂，甩出的断片造成飞机左翼下部着火，使飞机及1号发动机受到损坏；2002年12月28日新西兰航空公司的767-219(ER)，爬升到3400m时高压涡轮1级、轮盘爆裂，断块打穿发动机及短舱，打坏飞机左翼前缘；2006年6月2日美洲航空公司的767-223（ER）进行地面调整试车时，高压涡轮1级盘爆裂，断块打坏飞机多处并引发着火；另外还有5起类似故障。
图6电子显微镜下的断裂区
2008年1月31日，NTSB对于CF6-80C2高压涡轮1级轮盘出现多次非包容爆裂的可能原因归纳为：高压涡轮1级轮盘为疲劳断裂，是由于一条晶间裂纹造成破裂的，原因是高压涡轮轮盘设计不完善，造成在榫槽底部后圆角处有一个高应力区，此处的应力接近或等于材料的许用应力，因此只要有一点小疵点就可能造成起裂，裂纹发展后造成轮盘破裂。为此，GE公司对轮盘榫槽㡳部后圆角处进行了设计修改，并在加工、装配与使用中，避免在该圆角处出现人为的伤痕，此后再未出现类似的故障。
从高压涡轮轮盘中隐藏多年的暇疵引发价值2亿美元的767客机烧毁，以及设计缺陷造成多起高压涡轮1级轮盘非包容爆裂等严酷事例说明，在发动机研制中，对高速旋转的零件特别是处于高温下的涡轮盘，要特别认真对待，要从材料的源头抓起，不仅要精心设计，严格试验，还要在冷热加工过程中，一丝不苟，使生产的产品能承受长时间运行的考验。
