[發(fā)明專利]一種定量測量合金熱疲勞性能及預(yù)測合金壽命的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310241369.7
• 申請日: 2013-06-18
• 公開（公告）號: CN104237043A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏鵬成;崔洪芝;謝鯤;岳麗杰;曹梅青;韓冠鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號: G01N3/60
• 分類號: G01N3/60
• 代理公司: 青島聯(lián)信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 37227
• 代理人: 段秀瑛;王月玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種材料性能的測試方法，特別涉及一種定量測量合金熱疲勞性能及預(yù)測合金壽命的方法。?

背景技術(shù)

熱疲勞是指溫度變化引起的材料自由膨脹或收縮受到約束，其結(jié)果是在材料內(nèi)部因變形受限制產(chǎn)生熱應(yīng)力，當(dāng)溫度反復(fù)變化時(shí)，這種熱應(yīng)力也反復(fù)變化，因而使材料受到損傷。高溫合金主要用于制造航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件和航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)各種高溫部件，是現(xiàn)代航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)必不可少的關(guān)鍵部件。在航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金在600～1200℃高溫和復(fù)雜應(yīng)力作用下長期工作，條件比較惡劣。尤其當(dāng)燃燒室內(nèi)燃燒不均勻，工作不良時(shí)，作為導(dǎo)向葉片的合金受熱負(fù)荷更大，在這種情況下，易產(chǎn)生疲勞裂紋。因此熱疲勞為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片提前破壞的主要原因。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的葉片和輪盤也常發(fā)生熱疲勞裂紋，并且也大大限制了它們的使用壽命。葉片的裂紋多產(chǎn)生在進(jìn)排氣邊，呈多條細(xì)小的裂紋。輪盤由于輪轂和輪緣沿徑向產(chǎn)生很大的溫差，因此在輪緣外引起周向熱應(yīng)力，導(dǎo)致輪盤槽底裂紋。模具鋼在使用過程中，常產(chǎn)生熱疲勞裂紋，使模具失效。從以上各零件產(chǎn)生熱疲勞裂紋的過程可知，熱疲勞是耐熱合金零部件在高溫時(shí)常見的一種破壞形式。許多高溫工作的零件，往往不是受力過大而損壞，而是由于不斷受冷受熱而損壞。如火焰筒、汽缸、發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣管道，以及鍛模、軋輥等，在交變溫度的作用下也經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生熱疲勞裂紋，以及發(fā)生破壞。因此，對溫度起伏變化條件下工作的零件，必須考慮材料的熱疲勞性能指標(biāo)。?

雖然熱疲勞現(xiàn)象受到普遍關(guān)注，國內(nèi)外對熱疲勞試驗(yàn)方法作了不少研究，已制定了一些試驗(yàn)規(guī)范，但到目前為止還沒有國際上公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。在我國，對熱疲勞的研究也有很多方法，但都沒得到一致認(rèn)可?，F(xiàn)在比較常用的方法是定性比較法。以主裂紋發(fā)展到某一長度的循環(huán)次數(shù)或某規(guī)定循環(huán)次數(shù)下產(chǎn)生的裂紋長度作為材料熱疲勞抗力的標(biāo)準(zhǔn)。在國外，比較常用的設(shè)備是流態(tài)化床裝置。但在國內(nèi)，對熱疲勞研究得比較少，試驗(yàn)方法和設(shè)備也不一樣，有的在爐中加熱后取出直接放在水中冷卻，這種方法人為因素較多，難以保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。?

專利號為200410100451.9的發(fā)明專利公開了一種熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，是將試樣在加熱系統(tǒng)加?熱后，再轉(zhuǎn)移到冷卻系統(tǒng)中冷卻。以上熱疲勞試驗(yàn)機(jī)只能定性檢測合金在一定條件下，抵抗熱疲勞性能的好壞，也可以對幾種合金的熱疲勞性能進(jìn)行簡單比較，不能定量研究合金的熱疲勞性能。專利號為200710042765.1的發(fā)明專利攻來了一種鋼的熱疲勞性能測試和分析方法：采用感應(yīng)加熱方法測試鋼的熱疲勞性能，通過分析熱疲勞裂紋長度、寬度和深度來定量研究鋼熱疲勞性能。通過照片測量熱疲勞裂紋的長度、寬度和深度，特別是裂紋的深度，存在一定誤差。不能定量說明合金在熱疲勞過程中應(yīng)力應(yīng)變變化及繪制合金在熱疲勞過程中穩(wěn)定的滯后回線，也不能預(yù)測耐熱合金零部件的使用壽命。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種利用定量測量合金熱疲勞性能及預(yù)測合金壽命試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)化靈活、定量測量合金在熱疲勞循環(huán)過程中應(yīng)力應(yīng)變變化，繪制合金在熱疲勞循環(huán)過程中穩(wěn)定的應(yīng)力應(yīng)變滯后回線，預(yù)測合金熱疲勞壽命的熱疲勞試驗(yàn)方法。?

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種定量測量合金熱疲勞性能及預(yù)測合金壽命的方法，包括以下步驟：?

第一步：制備測試試樣；?

第二步：由拉伸試驗(yàn)測定實(shí)驗(yàn)材料的彈性模量E，材料熱膨脹系數(shù)測試儀測得實(shí)驗(yàn)材料的膨脹系數(shù)α；?

第三步：將定量測量合金熱疲勞性能及預(yù)測合金壽命的試驗(yàn)機(jī)電源連接好，將試驗(yàn)機(jī)熱電偶焊接到在測試試樣上，將應(yīng)變片粘結(jié)到測試試樣上；?

第四步：將測試試樣用固定支架固定在試驗(yàn)機(jī)加熱系統(tǒng)的感應(yīng)線圈中；?

第五步：關(guān)閉電源開關(guān)K1、K2、K3、K4，在計(jì)算機(jī)操作界面中設(shè)定最高溫度和最低溫度；?

第六步：打開開始按鈕，在計(jì)算機(jī)程序的控制下，第一電磁繼電器閉合，L3電路通電，第一交流接觸器閉合，L1線路通電，高頻感應(yīng)加熱器通電，感應(yīng)線圈開始對測試試樣加熱，測試試樣上的溫度由焊接在試樣上的熱電偶測量，測試試樣上的應(yīng)變由粘接在試樣上的應(yīng)變片測量，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定最高溫度時(shí)，第一電磁繼電器斷開，線路L3斷電，第一交流接觸器斷開，線路L1斷電，高頻感應(yīng)加熱器斷電，感應(yīng)線圈停止對測試試樣加熱，然后，第二電磁繼電器閉合，L4線路通電，第二交流接觸器閉合，L2線路通電，電磁閥通電接通，冷卻水由水箱通過水管噴向測試試樣，對其進(jìn)行冷卻，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定最低溫度時(shí)，第二電磁繼電器斷開，線路L4斷電，第二交流接觸器斷開，線路L2斷電，電磁閥斷電閉合，停止向測試?試樣噴冷卻水，這時(shí)，熱疲勞實(shí)驗(yàn)完成一個(gè)循環(huán)；?