[发明专利]压痕蠕变应力指数测试方法及系统

说明书

技术领域

本公开涉及蠕变应力测试技术领域，尤其涉及一种压痕蠕变应力指数测试方法，以及压痕蠕变应力指数测试系统。

背景技术

随着镍基单晶合金在航空发动机热端部件如涡轮叶片中的广泛应用，如何对镍基单晶合金进行准确的蠕变力学性能评估，是进行例如涡轮叶片设计和寿命评估的基础和必要条件。因此如何确定镍基单晶合金服役于高温下的蠕变性能显得尤为重要。

传统的蠕变力学性能测试方法是单轴拉伸蠕变法，该方法通常在高温下对棒状或板状试样施加恒定的拉伸载荷，然后检测拉伸蠕变变形随时间的变化曲线。该方法的优势是测试原理简单，测试数据直观易用。但是缺点是对试件形状和尺寸的要求较高，导致试件和夹具加工难度大，材料的需求量大，导致该方法实施起来较为昂贵，成本奇高。而在航空发动机的维护工作中，经常需要对如在役涡轮叶片进行剩余强度和寿命评估。由于在役的涡轮叶片的空间结构复杂，难以将其加工成拉伸标准试样，这使得传统的单轴拉伸蠕变法无法开展。发明人尝试在所述涡轮叶片上割取板状小试样开展拉伸蠕变测试，但相对于航空发动机上的所述涡轮叶片，割取的试样过小导致加工工艺、使用的夹具和加载方式对试验结果的分散性影响很大，很难开展有效的测试。

近年来，由于压痕蠕变测试技术具有简便、有效和非破坏性等优点，其在测定材料蠕变特性方面得到了研究者的广泛关注。目前对于镍基单晶合金压痕蠕变响应的研究多为唯象研究，所提出的获取力学参数的方法多为数值反演法。镍基单晶合金变形的驱动力是滑移系分切应力，压痕蠕变变形的实质是滑移面产生的细观蠕变滑移的宏观表现。目前细观蠕变滑移与宏观压痕变形之间的关系尚未建立，导致压痕蠕变与单轴拉伸蠕变之间的关系尚不清楚，严重阻碍了压痕蠕变技术在镍基单晶合金中的应用。虽有少数学者对镍基单晶合金高温压缩蠕变机理开展了相关研究，但由于边界条件和加载条件都与压痕蠕变相差太大，只能作为理论上的参考和借鉴，不具有实际应用上的意义。更为重要的是，由于镍基单晶合金具有晶体学各向异性特性，因此镍基单晶合金在压痕蠕变下，其在压头下方的微观组织结构演化是一个非常复杂的物理过程，通常伴随着位错的运动和晶格转动等，这导致目前对于镍基单晶合金的压痕蠕变测试难以有效进行。

综上所述，目前对于各向异性镍基单晶合金无论是压痕蠕变体系的完善，还是压痕蠕变性能评价方法的建立，均有很大的完善改进空间。因此，有必要提供一种新的技术方案改善上述方案中存在的一个或者多个问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种压痕蠕变应力指数测试方法以及压痕蠕变应力指数测试系统，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种压痕蠕变应力指数测试方法，该方法包括：

使用平压头在不少于五级预设应力水平的多个压痕应力下分别对被压试件施加不同的恒压载荷；

记录在所述不同的恒压载荷下所述被压试件的压痕深度随时间的第一变化关系，并根据所述第一变化关系确定不同的恒压载荷下的稳态压入速率；

获取不同的恒压载荷下的稳态压入速率随时间倒数的变化曲线，对变化曲线上的原始数据进行多阶指数衰减函数拟合，再结合外推法获得稳态压痕深度扩展速率；

根据在双对数坐标下所述稳态压痕深度扩展速率与预设分解切应力间的预设线性变化关系，以及所述预设分解切应力与压痕应力间的预设线性关系，得到稳态压痕深度扩展速率与压痕应力间的第二变化关系，并根据所述第二变化关系确定被压试件的晶体学蠕变应力指数。

本公开的一种示例性实施例中，所述记录在所述不同的恒压载荷下所述被压试件的压痕深度随时间的第一变化关系，并根据所述第一变化关系确定不同的恒压载荷下的稳态压入速率包括：

记录在每个所述恒压载荷下所述被压试件的压痕深度随时间的第一变化曲线，并根据压痕蠕变第二阶段进行线性拟合，且将拟合斜率作为该恒压载荷下的稳态压入速率。

本公开的一种示例性实施例中，所述稳态压痕深度扩展速率与预设分解切应力间的预设线性变化关系由下式确定：

所述预设分解切应力与所述压痕应力间的预设线性关系由下式确定：

τ^(α)＝σ:P^(α) (2)；