一种高温合金涡轮叶片服役条件的评估方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110411850A(43)申请公布日2019.11.05(21)申请号201910661915.X(22)申请日2019.07.22(71)申请人北京科技大学地址100083北京市海淀区学院路30号(72)发明人冯强付超李龙飞郑为为(74)专利代理机构北京金智普华知识产权代理有限公司11401代理人皋吉甫(51)Int.Cl.G01N3/18(2006.01)G06F17/50(2006.01)G06N3/04(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图4页(54)发明名称一种高温合金涡轮叶片服役条件的评估方法(57)摘要本发明提供了一种高温合金涡轮叶片服役条件的评估方法，涉及DZ125定向凝固高温合金涡轮叶片服役条件的评估。该方法基于DZ125合金在近服役条件下的微观组织演变数据库，利用机器学习建立了微观组织与服役温度、应力及时间之间的量化关系。利用该量化关系结合DZ125合金涡轮叶片微观组织量化表征结果，实现了对叶片等效最高服役温度及对应应力和时间的评估。该方法相较于已有的实验室模拟评估方法具有更高的精准度和可操作性；同时，因不受边界条件的影响，相较于有限元模拟方法具有更高的可靠性。该方法适合工程应用，在DZ125合金及其他单晶或定向合金涡轮叶片的服役温度评估中具有较强工程应用意义及广阔前景。CN110411850ACN110411850A权利要求书1/1页1.一种高温合金涡轮叶片服役条件的评估方法，其特征在于，具体包括以下步骤：1)对涡轮叶片材料DZ125合金进行不同温度和应力下不同时长的持久中断实验，随后对热力耦合后合金枝晶干中心位置的一次γ′相体积分数、γ′相筏排完善程度以及γ′相筏排厚度进行定量统计，建立DZ125合金微观组织演变数据库；2)以γ′相体积分数、γ′相筏排厚度及持久中断时间为输入量，应力和温度为输出量建立人工神经网络模型A，同时以γ′相筏排完善程度、γ′相筏排厚度及持久中断时间为输入量，应力和温度为输出量建立人工神经网络模型B；3)针对实际服役时间m小时后的DZ125合金涡轮叶片，对其典型部位的枝晶干中心位置一次γ′相体积分数、γ′相筏排完善程度以及γ′相筏排厚度进行定量统计，得到服役m小时涡轮叶片的组织损伤状态；4)针对3)中表征获得的涡轮叶片γ′相体积分数、γ′相筏排完善程度以及γ′相筏排厚度，利用人工神经网络模型A和B分别评估不同持久中断时间对应的应力和温度，当某一持久中断时间下，两个人工神经网络模型获得相同的应力和温度时，此时的温度、应力及时间为叶片该部位微观组织对应的服役条件；5)上述人工神经网络模型评估所获得的服役温度、应力及时间评估结果为造成叶片微观组织及寿命损伤严重的等效最高服役温度及其对应的服役应力和该温度和应力条件下的损伤时间。2.如权利要求1所述的高温合金涡轮叶片服役条件的评估方法，其特征在于，步骤1)中所述DZ125合金进行不同温度和应力下不同时长的持久中断实验，其温度范围为900-1100℃，应力范围为0-400MPa，时间范围为25-1200h。3.如权利要求1或2所述的高温合金涡轮叶片服役条件的评估方法，其特征在于，步骤1)中通过持久中断实验获得不同损伤状态的微观组织，并利用γ′相体积分数、γ′相筏排完善程度以及γ′相筏排厚度等可量化表征参数对其进行了量化表征；所述筏形完善程度是按照下列公示：式中，表示垂直筏排化方向单位长度内筏形组织的交叉和中断的数目，表示平行于筏排化方向单位长度内筏形组织的交叉和中断的数目，Ω为γ′相相筏形完善程度，其数值范围为0-1，Ω为0时，代表等轴的γ′相组织，即垂直与平行方向是等效的；Ω为1时，代表理想的筏形组织，即γ′相筏形既不中断也不交叉。4.如权利要求1所述的高温合金涡轮叶片服役条件的评估方法，其特征在于，步骤1)中所述DZ125合金微观组织演变数据库是建立包括温度、应力、时间、枝晶干γ′相形貌以及γ′相体积分数、γ′相筏排完善程度以及γ′相筏排厚度的数据库。5.如权利要求1所述的高温合金涡轮叶片服役条件的评估方法，其特征在于，所述实际服役时间m≤叶片使用寿命，损伤时间＜实际服役时间m。2CN110411850A说明书1/7页一种高温合金涡轮叶片服役条件的评估方法技术领域[0001]本发明属于镍基定向凝固高温合金叶片技术领域，具体涉及一种定向凝固涡轮叶片服役条件的评估方法。背景技术[0002]航空发动机是高度复杂和精密的热力机械，作为航空发动机最关键部件之一的涡轮叶片是燃气的焓和动能转换成机械能的重要热端部件。随着航空发动机推重比的不断提高，叶片外部燃气温度不断提高，常常远超叶片材料的熔点，因此需利用涂层、表面气膜冷却、内部冷却孔等方式降低叶片基体温度，但也