一种高温合金涡轮叶片服役应力的实验评估方法.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CN105606288A(43)申请公布日2016.05.25(21)申请号201610162676.X(22)申请日2016.03.21(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)发明人冯强陈亚东安文瑞郑运荣(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.G01L5/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种高温合金涡轮叶片服役应力的实验评估方法(57)摘要本发明提供了一种高温合金涡轮叶片服役应力的实验评估方法，涉及DZ125定向凝固高温合金涡轮叶片服役应力的实验评估。该方法通过持久中断实验研究了应力大小对合金γ’相的演变行为的影响，发现一定温度和时间下，γ’相的筏形完善程度会随着应力的提高而提高。同时，通过量化表征γ’相的筏形完善程度，确定了一定温度和时间下应力与枝晶干中部一次γ’相的筏形完善程度之间的对应关系。利用该关系以及实际服役一定时间后叶片的γ’相筏形完善程度，在评估服役温度的基础上，可对叶片的平均服役应力进行评估。该方法排除了叶片涂层及气膜冷却结构的复杂影响，实现了对叶片基体服役应力的评估，在DZ125叶片的服役应力评估方面具有重要的工程应用意义及广阔前景。CN105606288ACN105606288A权利要求书1/1页1.一种高温合金涡轮叶片服役应力的实验评估方法，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时长下不同应力的持久中断实验，随后对合金的γ’相筏形完善程度进行定量统计，得到不同温度时间下各应力与γ’相筏形完善程度之间的对应关系；2)对实际服役m小时的DZ125合金叶片某部位的γ’相筏形完善程度进行统计，得到服役m小时叶片的γ’相筏形完善程度；3)在该部位服役温度范围评估结果的基础上，进行平均服役应力的评估，即将该部位的γ’相筏形完善程度和该部位服役温度范围内进行m小时的持久中断实验后的γ’相筏形完善程度进行对比，选取相近的筏形完善程度所对应的应力范围作为该部位的应力评估结果。2.如权利要求1所述的高温合金涡轮叶片服役应力的实验评估方法，其特征在于，步骤1)中所述DZ125合金不同温度应力下的持久中断实验的实验温度为900℃、950℃、1000℃及1050℃，实验应力范围为0～280MPa。3.如权利要求1所述的高温合金涡轮叶片服役应力的实验评估方法，其特征在于，步骤1)中所述持久中断实验时长不超过叶片的使用寿命，并在该时长范围内与待评估叶片的实际服役时间m小时等长。4.如权利要求1所述的高温合金涡轮叶片服役应力的实验评估方法，其特征在于，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。2CN105606288A说明书1/3页一种高温合金涡轮叶片服役应力的实验评估方法技术领域[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应力的实验评估方法。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转子叶片是燃气的焓和动能转换成机械能的重要热端部件。由于转子叶片在燃气环境下高速旋转，叶身长期承受机械应力及热应力的复杂作用。叶片各个部位所承受的应力大小存在差异，即叶片的应力场不均匀，而叶片的应力场分布对于指导叶片的材料选择、叶形设计以及在维修过程中确定考核点具有重要的指导意义，具有显著工业应用价值。[0003]目前，对于叶片的应力场分布的研究多采用基于边界条件的数值模拟计算的方法，尚无基于微观组织的实验评估方法。[0004]镍基铸造高温合金涡轮叶片在服役过程中，由于长期处于高温高压燃气和复杂应力引起的蠕变作用下，叶片内部冶金组织不可避免的发生损伤退化。其中，由于叶片自身旋转造成的离心应力以及由于高温燃气造成的热应力通常是叶片的最主要应力。由于应力的的作用，原始立方状的γ’相会逐渐发生定向粗化，形成片状的筏形组织。同时，由于γ’相筏形的驱动力与外加应力密切相关，随着外加应力的提高，γ’相的筏形完善程度也逐渐完善和提高。因此，可利用实验建立筏形完善程度与外加应力的定量关系，从而根据其筏形完善程度对叶片的服役应力进行定量评估。发明内容[0005]本发明的目的是提供一种基于退化组织的定向凝固DZ125合金涡轮叶片服役应力的实验评估方法。该方法可对DZ125合金涡轮