一种高温合金涡轮叶片服役温度的实验评估方法.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CN105403502A(43)申请公布日2016.03.16(21)申请号201511001600.0(22)申请日2015.12.28(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.G01N17/00(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温度的实验评估方法(57)摘要本发明提供了一种高温合金涡轮叶片服役温度的实验评估方法，涉及DZ125定向凝固高温合金涡轮叶片服役温度的实验评估。该方法依据热力学相平衡原理，通过叶片材料实验室热暴露实验，确定了温度和时间与枝晶干中部一次γ’相的体积分数之间的对应关系。利用该关系与及实际服役一定时间后叶片的一次γ’相的体积分数，实现了对服役叶片的基体温度的评估。该方法排除了叶片涂层及气膜冷却对叶片服役温度的复杂影响，在评估叶片基体服役温度方面更加可靠，适合工程应用，在DZ125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。CN105403502ACN105403502A权利要求书1/1页1.一种高温合金涡轮叶片服役温度的实验评估方法，其特征在于，具体包括以下步骤：1）对涡轮叶片材料DZ125合金进行不同温度下不同时长的热暴露实验，随后对合金在各温度不同时长下热暴露后的一次γ’相体积分数进行定量统计，得到不同时间下各温度与一次γ’相体积分数之间的对应关系；2）对实际服役m小时后的DZ125合金叶片某部位的一次γ’相体积分数进行统计，得到服役m小时叶片的一次γ’相体积分数；3）进行平均服役温度和最高服役温度评估，将统计所得的服役m小时的DZ125合金叶片的一次γ’相体积分数和实验室热暴露得到的m小时后一次γ’相体积分数与温度的对应关系进行对比，得到叶片的平均服役温度；将统计所得的服役m小时的DZ125合金叶片的一次γ’相体积分数和实验室热暴露得到的m*15%~35%小时范围内一次γ’相体积分数与温度的对应关系进行对比，得到叶片的最高服役温度。2.如权利要求1所述的高温合金涡轮叶片服役温度的实验评估方法，其特征在于，所述实际服役时间m≤叶片使用寿命。3.如权利要求1所述的高温合金涡轮叶片服役温度的实验评估方法，其特征在于，所述DZ125合金进行不同温度下不同时长的的热暴露实验的温度是900℃、950℃、1000℃、1050℃及1100℃，热暴露时长不超过叶片的使用寿命，并在该时长范围内与叶片实际服役时间m等长或与叶片实际服役时间m*15%~35%等长。2CN105403502A说明书1/3页一种高温合金涡轮叶片服役温度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温度的实验评估方法。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，但也给叶片的基体温度测量及计算增加了难度。同时，由于从燃烧室出来的燃气存在温度梯度，加之涡轮叶片自身结构的复杂性，涡轮叶片的不同部位工作时的温度梯度通常较大，服役温度场很不均匀。然而，叶片温度分布是涡轮叶片叶形及冷却结构设计的重要基础，同时也是叶片维修检测时确定考核点的重要依据，具有显著工业应用价值。[0003]目前，建立在边界条件上的数值模拟计算方法是预测叶片温度场最为普遍的方法。但是，由于涡轮叶片涂层结构及冷却系统的复杂性以及它们对计算结果的影响，数值计算的方法往往难以准确预测叶片的基体温度。[0004]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，内部冶金组织会不可避免地发生损伤退化，如γ’相的粗化、筏形及体积分数的下降，碳化物的分解和转变，晶界γ’相膜的形成，TCP等脆性相的析出及蠕变孔洞与裂纹等。叶片的不同部位由于工况的不同，服役后组织的退化程度存在差异，通过量化表征叶片服役后微观组织的退化程度可以间接反推叶片的服役环境，使得利用退化的微观组织评估叶片服役温度场成为可能，但目前尚无将退化组织进行量化并利用其对叶片的实际服役温度的进行量化评估的相关报道。[0005]因此，亟待发明一种基于退化组织的定向凝固DZ125高温合金涡轮叶片的服役温度实验评估方法，对叶片的基体温度进行定量评估。[0006]发明内容[0007]本发明的目的是提供一种基于退化组织的定向凝固DZ12