基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法技术

本发明专利技术涉及发动机技术领域，提出一种基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法。该基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法首先获取镍基单晶叶片的初始试样；观测所述初始试样的第一微观结构；对所述初始试样在预设试验参数下进行疲劳试验，得到测试后试样；观测所述测试后试样的第二微观结构；根据所述预设试验参数、第一微观结构以及所述第二微观结构对所述镍基单晶叶片的性能进行评估。相较于现有技术，减少试验成本，考虑到了材料的微观结构的差异性，能够真实准确地反映服役发动机叶片的性能。

Performance Evaluation of Nickel-based Single Crystal Blades Based on Direct Cutting Micro-specimens

【技术实现步骤摘要】
基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法
本专利技术涉及发动机
，尤其涉及一种基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法。
技术介绍
镍基单晶叶片是航空发动机的第一关键件，长期服役在高温、高压和高转速的严苛环境中。在温度场、流场以及高转速离心力产生的应力场等多场耦合作用下，很容易产生叶片材料组织和性能的退化。因此对镍基单晶叶片进行准确的性能评估显得尤为重要。现有技术中的镍基单晶叶片性能评估方法不能真实准确地反映服役发动机叶片的性能。因此，有必要设计一种新的基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法。所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此它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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不能真实准确地反映服役发动机叶片的性能的不足，提供能真实准确地反映服役发动机叶片的性能的基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法。本专利技术的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本专利技术的实践而习得。根据本专利技术的一个方面，一种基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法，包括：获取镍基单晶叶片的初始试样；观测所述初始试样的第一微观结构；对所述初始试样在预设试验参数下进行疲劳试验，得到测试后试样；观测所述测试后试样的第二微观结构；根据所述预设试验参数、第一微观结构以及所述第二微观结构对所述镍基单晶叶片的性能进行评估。在本公开的一种示例性实施例中，获取镍基单晶叶片的初始试样，包括：在镍基单晶叶片的不同部位获取初始试样。在本公开的一种示例性实施例中，所述不同部位包括叶尖、叶身、叶根、前缘和尾缘。在本公开的一种示例性实施例中，所述第一微观结构和所述第二微观结构均包括强化相特性、铸造缺陷和冷却通道表面粗糙度。在本公开的一种示例性实施例中，所述强化相特性包括强化相形状、强化相尺寸和强化相分布。在本公开的一种示例性实施例中，所述铸造缺陷包括分散夹杂和显微疏松。在本公开的一种示例性实施例中，所述预设试验参数包括晶体方向、温度、应力载荷和试验时长。在本公开的一种示例性实施例中，对所述初始试样在预设试验参数下进行疲劳试验，得到测试后试样，包括：对所述初始试样在多组不同预设试验参数下进行疲劳试验，得到多个测试后试样。在本公开的一种示例性实施例中，根据所述预设试验参数、第一微观结构以及所述第二微观结构对所述镍基单晶叶片的性能进行评估，包括：对比所述第一微观结构以及所述第二微观结构得到微观组织结构演化；根据所述预设试验参数、微观组织结构演化结合晶体塑性理论数值模拟与断口细微观测对所述镍基单晶叶片的性能进行评估。在本公开的一种示例性实施例中，根据所述预设试验参数、第一微观结构以及所述第二微观结构对所述镍基单晶叶片的性能进行评估，包括：根据所述第一微观结构以及所述第二微观结构对所述镍基单晶叶片的损伤值和疲劳寿命进行评估。由上述技术方案可知，本专利技术具备以下优点和积极效果中的至少之一：本专利技术基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法，直接在叶片上选取初始试样不能够观测初始试样的第一微观结构，然后对初始试样进行疲劳试验得到测试后试样并观测测试后试样的第二微观结构，更具第一微观结构与第二微观结构来对镍基单晶的性能进行评估。相较于现有技术，一方面，初始试样直接在叶片上选取，不需要单独制造，也不必在整个叶片上进行试验，能极大地减少试验成本，另一方面，考虑到了材料的微观结构的差异性，能够真实准确地反映服役发动机叶片的性能。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施方式，本专利技术的上述和其它特征及优点将变得更加明显。图1是本专利技术基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法的流程图；图2是本专利技术实施方式中初始试样的结构示意图；具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本专利技术将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。在航空发动机的故障诊断和飞机失事原因分析中，叶片断裂常常作为主要原因。由于叶片故障后果的严重性和故障的突发性，叶片断裂已经成为制约发动机发展和应用的瓶颈之一。要想突破这一瓶颈，除了提高材料生产和加工工艺水平外，也要充分发挥材料的性能储备，因此对镍基单晶叶片材料力学性能进行有效的分析及准确的评定成为一个极其重要的手段。目前国内对镍基单晶叶片的研究主要有两个思路。一种方法是基于单独铸造的试样的试验数据，另一种方法是基于整个涡轮叶片进行试验分析。目前对镍基单晶叶片性能的研究和评估普遍基于单独铸造试样的试验数据，这种方法没有考虑材料的微结构、铸造缺陷等和单独铸造试棒的差异性。同时由于叶片冷却内部表面不进行机械加工，原始铸造表面质量对镍基单晶叶片的性能有较大影响，所以不能真实准确地反映服役发动机叶片的性能。另一种方法虽然能在一定程度上对镍基单晶叶片性能进行评估，但是需要耗费巨大的人力物力以及试验资源，试验代价比较昂贵。本专利技术提供一种基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法，参照图1所示，该基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法可以包括以下步骤：步骤S110，获取镍基单晶叶片的初始试样；步骤S120，观测所述初始试样的第一微观结构；步骤S130，对所述初始试样在预设试验参数下进行疲劳试验，得到测试后试样；步骤S140，观测所述测试后试样的第二微观结构；步骤S150，根据所述预设试验参数、第一微观结构以及所述第二微观结构对所述镍基单晶叶片的性能进行评估。相较于相关技术基于单独铸造试棒试验相比，一方面，初始试样1直接在叶片上选取，能极大地减少试验成本，另一方面，考虑到了材料的微观结构的差异性，能够真实准确地反映服役发动机镍基单晶叶片的性能。在步骤S110中，获取镍基单晶叶片的初始试样。在本示例实施方式中，对镍基单晶叶片采用割取小试样的方法，在叶尖、叶身、叶根、前缘、尾缘等不同部位进行取样，获得初始试样1，参照图2所示，初始试样1的形状可以H字形状，也可以是其他形状，可以根据试验要求选取不同形状的初始试样1。在步骤S120中，观测所述初始试样的第一微观结构。通过叶片解剖，结合电子显微、表面图像等观测设备，研究叶片不同部位的第一微观结构特点，第一微观结构可以包括强化相特性、铸造缺陷和冷却通道表面粗糙度；强化相特性可以包括强化相形状、强化相尺寸和强化相分布，铸造缺陷可以包括分散夹杂和显微疏松等铸造缺陷；通过微观成分分析，获得核心元素分布；为本征疲劳损伤和镍基单晶叶片的破坏机理提供依据。在步骤S130中，对所述初始试样进行疲劳试验，得到测试后试样。对切取的叶片不同部位初始试样进行疲劳试验，可以对所述初始试样1在多组不同预设试验参数下进行疲劳试验，得到多个测试后试样。在一些示例实施方式中。进行<100>、<110>和<111>三个主要晶体方向、不同温度(760℃、980℃)、不同应力载荷(760℃、980℃下的载荷强度分别为1000MPa、700MPa。)的试验，即760℃对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法，其特征在于，包括：获取镍基单晶叶片的初始试样；观测所述初始试样的第一微观结构；对所述初始试样在预设试验参数下进行疲劳试验，得到测试后试样；观测所述测试后试样的第二微观结构；根据所述预设试验参数、第一微观结构以及所述第二微观结构对所述镍基单晶叶片的性能进行评估。

【技术特征摘要】
1.一种基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法，其特征在于，包括：获取镍基单晶叶片的初始试样；观测所述初始试样的第一微观结构；对所述初始试样在预设试验参数下进行疲劳试验，得到测试后试样；观测所述测试后试样的第二微观结构；根据所述预设试验参数、第一微观结构以及所述第二微观结构对所述镍基单晶叶片的性能进行评估。2.根据权利要求1所述的基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法，其特征在于，获取镍基单晶叶片的初始试样，包括：在镍基单晶叶片的不同部位获取初始试样。3.根据权利要求2所述的基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法，其特征在于，所述不同部位包括叶尖、叶身、叶根、前缘和尾缘。4.根据权利要求1所述的基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法，其特征在于，所述第一微观结构和所述第二微观结构均包括强化相特性、铸造缺陷和冷却通道表面粗糙度。5.根据权利要求4所述的基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法，其特征在于，所述强化相特性包括强化相形状、强化相尺寸和强化相分布。6.根据权利要求4所述的基于直接切取微型试样的镍基单晶叶片性能评估方法，其特征在于，所述铸造缺陷包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：温志勋，岳珠峰，蒋波，程昊，王昭晗，许壮壮，谷淑宁，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61