[發明專利]超高溫原位微動疲勞實驗系統

有效

• 申請號: 202010167112.1
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111443103B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 韓琦男;楊曉林;崔海濤;蘇越;施惠基
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N23/2251
• 分類號: G01N23/2251;G01N23/2204
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 劉夢晴

本發明公開了一種超高溫原位微動疲勞實驗系統，包括：保溫罩、加熱裝置、第一試件、第二試件和夾持裝置，保溫罩內形成有安裝空間，加熱裝置設于安裝空間內，第一試件由鎳基高溫合金構成，以模擬渦輪盤，第二試件由鎳基單晶合金構成，以模擬渦輪葉片，第一試件和第二試件沿水平方向設于加熱裝置的上端，且第一試件朝向第二試件的一端形成燕尾槽，第二試件朝向第一試件的一端形成有與燕尾槽配合的燕尾榫，夾持裝置設于安裝空間內，夾持裝置適于夾持在配合后的第一試件和第二試件的兩端，并在第一試件和第二試件的長度方向施加周期往復載荷。根據本發明實施例的超高溫原位微動疲勞實驗系統，可以模擬渦輪葉片與渦輪盤接觸的基本型式，且結構簡單。

技術領域

本發明涉及航空發動機技術領域，尤其是涉及一種超高溫原位微動疲勞實驗系統。

背景技術

航空發動機渦輪的工作溫度決定了整個發動機的性能，因而影響了整架飛機的性能。鎳基高溫合金因為其具有優異的高溫力學性能而被廣泛應用到航空發動機渦輪葉片制造。目前，渦輪葉片和渦輪盤之間連接方式為燕尾榫槽連接，這種榫連接方式，在渦輪葉片轉動過程中，會產生軸向和法向的交變載荷，并且接觸區域會產生小幅度的交變運動，即微動疲勞現象。

據美國空軍統計，航空發動機產生的疲勞中，六分之一以上都是微動疲勞導致的。并且一旦葉片發生疲勞斷裂現象，將產生不可預計的故障乃至事故。因此，探究鎳基高溫合金在服役溫度下的微動疲勞性能具有了重要意義。而渦輪前溫度常常達到1100攝氏度以上，因此如何實現超高溫下的原位微動疲勞實驗系統設計，實時觀測微動疲勞過程中材料的損傷失效過程，對于研究葉盤榫連接微動疲勞具有重要的理論和工程價值。

近年來，鎳基高溫合金的微動疲勞性能已經開展了廣泛的研究，然而，想要探究超高溫下(700℃以上)的鎳基高溫合金的微動疲勞性能，必須要解的一個問題就是如何使試件在實驗時的溫度達到700℃以上。如果采用了不恰當的加熱方式，會在真空腔體內產生熱電子，則影響原位掃描電子顯微鏡(Scanning Eectron Mcroscope,SEM)的二次電子接收，使圖像變得模糊不清，難以進行實時觀測。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種超高溫原位微動疲勞實驗系統，所述超高溫原位微動疲勞實驗系統可以模擬渦輪葉片與渦輪盤接觸的基本型式，且結構簡單，操作方便。

根據本發明實施例的超高溫原位微動疲勞實驗系統，所述超高溫原位微動疲勞實驗系統包括：保溫罩、加熱裝置、第一試件、第二試件和夾持裝置，保溫罩內形成有安裝空間，加熱裝置設于安裝空間內，第一試件由鎳基高溫合金構成，以模擬渦輪盤，第二試件由鎳基單晶合金構成，以模擬渦輪葉片，第一試件和第二試件沿水平方向設于加熱裝置的上端，且第一試件朝向第二試件的一端形成燕尾槽，第二試件朝向第一試件的一端形成有與燕尾槽配合的燕尾榫，夾持裝置設于安裝空間內，夾持裝置適于夾持在配合后的第一試件和第二試件的兩端，并在第一試件和第二試件的長度方向施加周期往復載荷。

根據本發明實施例的超高溫原位微動疲勞實驗系統，通過將第一試件和第二試件沿水平方向設于加熱裝置的上端、觀測孔設于保溫罩的上方，不僅使加熱裝置可以較方便地對第一試件和第二試件進行加熱，還使得加熱裝置可以支撐第一試件和第二試件，以使第一試件和第二試件可以較穩定地在高溫保溫罩內，同時也減少了保溫罩內因熱輻射而產生的熱電子，從而提高了觀測儀在高溫環境下成像清晰度，進而可以較清晰地觀測微動疲勞過程中第一試件和第二試件的損傷失效過程。