[发明专利]一种高温合金涡轮叶片服役温度的实验评估方法

说明书

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。

技术领域

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

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。

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。

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。

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。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于退化组织的定向凝固DZ125合金涡轮叶片服役温度的实验评估方法。该方法可对DZ125合金涡轮叶片叶身各部位的服役温度进行评估，评估精度为±50℃，评估结果更加可靠，适合工程应用。

一种高温合金涡轮叶片服役温度实验评估方法，其核心技术要点为：定向凝固DZ125合金涡轮叶片在实际服役过程中是其相组成由亚稳态向平衡态过渡的过程，温度是DZ125合金平衡态γ’相的体积分数的决定因素，同时也是DZ125合金亚稳态γ’相的体积分数的最主要影响因素，由此可建立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，基于组织量化数据，从而对叶片实际服役温度进行评估。具体的评估包括以下步骤：

1)由于DZ125合金涡轮叶片叶片的设计使用温度为1050℃以下，同时考虑到实际使用中叶片存在超温的现象，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。