[发明专利]一种镍基高温合金涡轮叶片服役组织损伤评价方法

说明书

本申请属于航空发动机疲劳试验领域，特别涉及一种镍基高温合金涡轮叶片服役组织损伤评价方法。包括，确定温度和应力场、开展持久损伤模拟试验、建立组织图谱、解剖服役叶片、定量表征组织损伤以及确定叶片服役温度和载荷的过程。本申请结合整机环境下叶片的温度及应力计算，确定叶片工况条件下的温度以及受力范围，设计模拟试验件，建立不同温度、应力以及时间下的γ'相形貌、γ'相体积分数和γ'相筏形程度的组织图谱；通过真实服役叶片和组织图谱中γ'相形貌、γ'相体积分数和γ'相筏形程度进行对比分析，可对整个服役叶片组织损伤情况进行分级表征，并确定叶片的服役温度和载荷。本申请系统完善、效率高、科学严谨。

技术领域

本申请属于镍基高温合金涡轮叶片技术领域，特别涉及一种镍基高温合金涡轮叶片服役组织损伤评价方法。

背景技术

涡轮叶片是航空发动机及燃气轮机最重要的热端部件之一，长期处于不均匀的温度场和应力场等复杂环境下工作，面临长期蠕变，疲劳以及高温氧化、热腐蚀等多种损伤失效风险。镍基高温合金是以镍为基体,在高温范围内具有较高强度、良好抗氧化和抗燃气腐蚀能力的高温合金，广泛地用于制造航空发动机及燃气轮机的涡轮叶片等热端部件。γ'相是镍基高温合金涡轮叶片基体组织的重要强化相，其尺寸、体积分数和形貌是叶片的服役环境的最直观体现。在服役过程中，γ'相会发生长大、聚集粗化、回溶、二次析出与筏排等不同形式的转变，微观组织的退化程度直接影响其性能损伤程度，各类组织均与合金的性能有着不同程度的对应关系。涡轮叶片在服役过程中，除了受到高温作用，还会受到离心载荷、气动载荷和振动载荷引起的应力作用。高温会导致γ'体积分数的下降，高应力会增加γ'相筏形程度，叶片实际服役过程中的作用应为热力耦合的共同作用。因此，对叶片材料γ'相演变的研究有利于了解叶片组织损伤，从而对叶片服役环境和损伤进行评估，进而预测其剩余寿命。

现有技术中，判断损伤的方法一般是通过γ'相的尺寸来进行评判损伤级别的，叶片组织受到温度和力的共同作用，γ'相的尺寸和形貌变化不均匀，对评判结果影响较大；γ'相退化程度评级标准中级别跨度较大，未能更细致判断服役叶片的损伤级别，未能充分表征整个叶片的服役损伤程度；在服役温度评估时，在组织模拟中一般只考虑到温度的影响，没有考虑的叶片受其他载荷的作用，可能对组织中γ'相形貌和体积分数图谱的建立有一定的影响。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种镍基高温合金涡轮叶片服役组织损伤评价方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种镍基高温合金涡轮叶片服役组织损伤评价方法，包括：

步骤一：获取整机环境下叶片的温度以及应力，确定工况条件下叶片的温度以及受力范围；

步骤二：根据工况条件下叶片的温度以及受力范围设计模拟试验件，并在不同的加载条件下对所述模拟试验件开展持久损伤模拟试验，所述加载条件为温度、应力以及时间的组合；

步骤三：从所述模拟试验件上选取多个组织样本，获取每个所述组织样本的γ'相形貌、γ'相体积分数以及γ'相筏形程度，建立各个加载条件下的组织图谱，并根据所述组织图谱制定服役损伤评价标准；

步骤四：对所述服役叶片进行切割取样，制备多个服役叶片样本，并获取每个所述服役叶片样本的γ'相形貌、γ'相体积分数以及γ'相筏形程度；

步骤五：根据所述服役损伤评价标准，对所述服役叶片的损伤情况进行分级表征；

步骤六：对照所述组织图谱，获取每个所述服役叶片样本的服役温度和载荷。

可选地，步骤二中，所述模拟试验件采用变截面设计方法。