[發明專利]一種鎳基高溫合金渦輪葉片服役組織損傷評價方法

在審

• 申請號: 202010318270.2
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111366450A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 李艷明;高志坤;王威;遲慶新
• 申請（專利權）人: 中國航發沈陽發動機研究所
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙) 11526
• 代理人: 高原

本申請屬于航空發動機疲勞試驗領域，特別涉及一種鎳基高溫合金渦輪葉片服役組織損傷評價方法。包括，確定溫度和應力場、開展持久損傷模擬試驗、建立組織圖譜、解剖服役葉片、定量表征組織損傷以及確定葉片服役溫度和載荷的過程。本申請結合整機環境下葉片的溫度及應力計算，確定葉片工況條件下的溫度以及受力范圍，設計模擬試驗件，建立不同溫度、應力以及時間下的γ'相形貌、γ'相體積分數和γ'相筏形程度的組織圖譜；通過真實服役葉片和組織圖譜中γ'相形貌、γ'相體積分數和γ'相筏形程度進行對比分析，可對整個服役葉片組織損傷情況進行分級表征，并確定葉片的服役溫度和載荷。本申請系統完善、效率高、科學嚴謹。

技術領域

本申請屬于鎳基高溫合金渦輪葉片技術領域，特別涉及一種鎳基高溫合金渦輪葉片服役組織損傷評價方法。

背景技術

渦輪葉片是航空發動機及燃氣輪機最重要的熱端部件之一，長期處于不均勻的溫度場和應力場等復雜環境下工作，面臨長期蠕變，疲勞以及高溫氧化、熱腐蝕等多種損傷失效風險。鎳基高溫合金是以鎳為基體,在高溫范圍內具有較高強度、良好抗氧化和抗燃氣腐蝕能力的高溫合金，廣泛地用于制造航空發動機及燃氣輪機的渦輪葉片等熱端部件。γ'相是鎳基高溫合金渦輪葉片基體組織的重要強化相，其尺寸、體積分數和形貌是葉片的服役環境的最直觀體現。在服役過程中，γ'相會發生長大、聚集粗化、回溶、二次析出與筏排等不同形式的轉變，微觀組織的退化程度直接影響其性能損傷程度，各類組織均與合金的性能有著不同程度的對應關系。渦輪葉片在服役過程中，除了受到高溫作用，還會受到離心載荷、氣動載荷和振動載荷引起的應力作用。高溫會導致γ'體積分數的下降，高應力會增加γ'相筏形程度，葉片實際服役過程中的作用應為熱力耦合的共同作用。因此，對葉片材料γ'相演變的研究有利于了解葉片組織損傷，從而對葉片服役環境和損傷進行評估，進而預測其剩余壽命。

現有技術中，判斷損傷的方法一般是通過γ'相的尺寸來進行評判損傷級別的，葉片組織受到溫度和力的共同作用，γ'相的尺寸和形貌變化不均勻，對評判結果影響較大；γ'相退化程度評級標準中級別跨度較大，未能更細致判斷服役葉片的損傷級別，未能充分表征整個葉片的服役損傷程度；在服役溫度評估時，在組織模擬中一般只考慮到溫度的影響，沒有考慮的葉片受其他載荷的作用，可能對組織中γ'相形貌和體積分數圖譜的建立有一定的影響。

因此，希望有一種技術方案來克服或至少減輕現有技術的至少一個上述缺陷。

發明內容

本申請的目的是提供了一種鎳基高溫合金渦輪葉片服役組織損傷評價方法，以解決現有技術存在的至少一個問題。

本申請的技術方案是：

一種鎳基高溫合金渦輪葉片服役組織損傷評價方法，包括：

步驟一：獲取整機環境下葉片的溫度以及應力，確定工況條件下葉片的溫度以及受力范圍；

步驟二：根據工況條件下葉片的溫度以及受力范圍設計模擬試驗件，并在不同的加載條件下對所述模擬試驗件開展持久損傷模擬試驗，所述加載條件為溫度、應力以及時間的組合；

步驟三：從所述模擬試驗件上選取多個組織樣本，獲取每個所述組織樣本的γ'相形貌、γ'相體積分數以及γ'相筏形程度，建立各個加載條件下的組織圖譜，并根據所述組織圖譜制定服役損傷評價標準；

步驟四：對所述服役葉片進行切割取樣，制備多個服役葉片樣本，并獲取每個所述服役葉片樣本的γ'相形貌、γ'相體積分數以及γ'相筏形程度；

步驟五：根據所述服役損傷評價標準，對所述服役葉片的損傷情況進行分級表征；

步驟六：對照所述組織圖譜，獲取每個所述服役葉片樣本的服役溫度和載荷。

可選地，步驟二中，所述模擬試驗件采用變截面設計方法。