一种通过沉淀颗粒相尺寸评估工件真实服役温度的方法技术

本发明专利技术公开一种通过沉淀颗粒相尺寸评估工件真实服役温度的方法，包括以下步骤：1)根据耐热合金材料工件服役前状态下的沉淀颗粒相尺寸d

【技术实现步骤摘要】
一种通过沉淀颗粒相尺寸评估工件真实服役温度的方法
本专利技术属于电站用耐热合金材料
，具体涉及一种通过耐热合金材料在热暴露后沉淀颗粒相尺寸预测和评估材料真实服役温度的方法。
技术介绍
耐热合金材料作为工业发电设备热端部件用材，经长时间高温热暴露并经历长期蠕变、疲劳及高温氧化、热腐蚀等多种损伤，严重影响了材料原有的组织和性能，尤其是温度提升对材料组织和性能的损伤最为明显。同时，热端部件真实服役温度场的不均匀性和工件结构的复杂性，使得真实温度场通常难以进行直接测量，承温部件的检测、维修和寿命评定难以获得准确温度场数据。因此，开展耐热合金材料在真实服役条件下微观组织变化规律研究，获得服役温度、服役时间与服役组织间的对应关系，对承温部件的设计、检测、维修及寿命评定具有重要的工程意义。目前，利用退化的微观组织评估工件服役温度场已有报道。如：“一种高温合金涡轮叶片服役温度的实验评估”，公开号CN105403502,介绍了通过高温合金涡轮叶片一次γ′相体积分数进行温度场预测的技术，适用于航空发动机叶片服役温度900℃以上的评估，但评估适用时间较短，为叶片寿命周期900小时，该方法温度评估精度为±50℃，不能评估任意时间下的真实服役温度或反推任意服役温度下的真实服役时间。而电站用地面燃气轮机的服役寿命达到24000-50000小时，叶片服役温度范围为700℃-950℃，因而公开号CN105403502报道的方法并不适用。公开号CN110411850报道了“一种高温合金涡轮叶片服役条件的评估方法”，该方法通过机器学习建立了航空用涡轮叶片DZ125合金服役温度、应力、γ′相体积分数、γ′相筏排完善程度及筏排厚度之间的关系，其中应力和温度可作为人工神经网络的输出变量，该方法的预测模型没有显性关系式，不方便工程使用，仅适用于服役温度900℃以上，服役时间1250h以内的服役温度评估，且需要大量的γ′相体积分数、γ′相筏排完善程度及筏排厚度实验数据供机器学习。另外，促使γ′相发生筏排化，需要较高的温度和应力，不满足地面燃气轮机的使用工况。因此，基于电站用耐热合金材料，希望有一种方法建立服役温度、时间和材料组织间的显性量化关系式，以解决上述问题，更准确的预测材料的真实服役温度。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：提供一种通过耐热合金材料在热暴露后沉淀颗粒相尺寸预测材料真实服役温度的方法。该方法通过建立温度-时间-组织之间的定量对应关系，实现对热暴露后材料的服役温度评估，热暴露试验可取的温度范围为873-1273K，时间范围为0-50000h。温度评估精度小于等于15K，评估结果可靠，适合工程应用。本专利技术采用的技术方案如下：一种通过沉淀颗粒相尺寸评估工件真实服役温度的方法，具体包括以下步骤：1)根据耐热合金材料工件服役前状态下的沉淀颗粒相尺寸d0和在服役温度区间内设置不同温度Tn，不同时长tn的热暴露试验下的沉淀颗粒相尺寸dn，随后建立温度-时间-沉淀颗粒尺寸的算术模型；其中n表示试验次数。2)再测出服役特定时间t后的工件中沉淀颗粒相尺寸d，代入上述步骤1)中的算术模型，演算得到服役特定时间t的耐热合金材料工件的评估服役温度T。对于长期处于热暴露下的材料会发生不同程度的组织损伤，例如，对于镍基高温合合金表现为γ′相沉淀颗粒相的粗化，对含W耐热钢表现为laves沉淀颗粒相的粗化。因此可通过对沉淀颗粒相尺寸演变量化的研究，建立温度-时间-组织间的对应关系，实现对工件真实服役温度的评估。具体包括以下步骤：假设沉淀相颗粒尺寸随时间的变化与K值有关，K是关于温度的复杂函数，K＝f(T)，且可表示为：K＝P1/[exp(P2T)·exp(P3T-1)·exp(P4T-2)·...·exp(PnT-m)]其中T是服役温度，可忽略e的高降幂次方项(数值≈1)，则：K＝P1/[exp(P2T)·exp(P3T-1)]沉淀颗粒相尺寸变化与时间t和参数K的关系可表示为：d3-d03＝t·P1/[exp(P2T)·exp(P3T-1)]其中，d为服役后的沉淀颗粒物尺寸，d0为服役前的沉淀颗粒物尺寸，K值可进一步化简为：其中，C1，C2和C3为常数。获得所述温度-时间-沉淀颗粒尺寸的算术模型为：其中t为服役特定时间，T为服役特定时间t的评估服役温度，d0为耐热合金材料工件服役前状态下的沉淀颗粒相尺寸，d为耐热合金材料工件在服役特定时间t后的沉淀颗粒相尺寸；C1，C2，C3为常数。优选的，所述步骤1)具体包括如下步骤：①对耐热合金材料工件服役前状态下的沉淀颗粒相尺寸d0进行测量，随后在服役温度区间内设置不同温度Tn和不同时长tn的热暴露试验，以及在该温度Tn和时长tn下的沉淀颗粒相尺寸dn；至少进行温度不同的两次试验，获得两组试验组数据；②随后根据上述试验组数据绘制与的关系图，其中tn为设置的热暴露试验时长，Tn为设置的热暴露试验温度，dn在该温度Tn和时长tn下的沉淀颗粒相尺寸；d0为耐热合金材料工件服役前状态下的沉淀颗粒相尺寸；C2和C3为常数，以最优直线拟合求得C2和C3，关系图中d3-d03与最优拟合直线的斜率为C1。优选的，所述步骤1)中的耐热合金材料工件为沉淀强化型高温合金或沉淀强化型耐热钢中的任一种。高温合金可以采用镍基合金等。优选的，所述步骤1)中服役温度区间的范围为873-1273K，适用时间范围为0-50000h。优选的，所述C2和C3的取值范围分别为：0.96≤C2≤0.99，0＜C3≤1.00。优选的，当对准确度要求不高时，C3可取其中，t为服役特定时间，T为服役特定时间t的评估服役温度，d0为耐热合金材料工件服役前状态下的沉淀颗粒相尺寸；d为耐热合金材料工件在服役特定时间t后的沉淀颗粒相尺寸；C1，C2为常数。优选的，所述评估服役温度与实际温度的误差特征小于等于15K。本专利技术的优点在于，通过对耐热合金材料组织中沉淀颗粒相尺寸同服役温度间建立定量关系，相比仅能进行服役温度区间评估的传统方法，本专利技术评估承温部件的真实服役温度更加准确可靠，能够将评估实际服役温度的精度优化到15K以内；评估温度范围较广，为873K-1273K；适用时间范围长，为0-50000h；材料适用范围广，评估结果可靠，适合工程应用。附图说明图1是实施例1的热暴露试验中d3-d03与t/C2T拟合关系图；图2是实施例2的热暴露试验中d3-d03与拟合关系图。具体实施方式下面结合附图说明和实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的方式包括但不仅限于以下实施例。实施例1：采用热暴露试验对一种定向凝固高温合金中γ′相尺寸进行服役温度场评估。首先测出此定向凝固高温合金服役前状态下γ′相尺寸d0，再测出经1073K/1123K/1173K三个温度分别在1000h/3000h/5000h/10000h四个时间点热暴露后各状态下γ′相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过沉淀颗粒相尺寸评估工件真实服役温度的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：/n1)根据耐热合金材料工件服役前状态下的沉淀颗粒相尺寸d

【技术特征摘要】
1.一种通过沉淀颗粒相尺寸评估工件真实服役温度的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)根据耐热合金材料工件服役前状态下的沉淀颗粒相尺寸d0和在服役温度区间内设置不同温度Tn，不同时长tn的热暴露试验下的沉淀颗粒相尺寸dn，随后建立温度-时间-沉淀颗粒尺寸的算术模型；其中n表示试验次数；
2)再测出服役特定时间t后的工件中沉淀颗粒相尺寸d，代入上述步骤1)中的算术模型，演算得到服役特定时间t的耐热合金材料工件的评估服役温度T。


2.根据权利要求1所述的一种通过沉淀颗粒相尺寸评估工件真实服役温度的方法，其特征在于，所述温度-时间-沉淀颗粒尺寸的算术模型为：其中t为服役特定时间，T为服役特定时间t的评估服役温度，d0为耐热合金材料工件服役前状态下的沉淀颗粒相尺寸；d为耐热合金材料工件在服役特定时间t后的沉淀颗粒相尺寸；C1，C2，C3为常数。


3.根据权利要求2所述的一种通过沉淀颗粒相尺寸评估工件真实服役温度的方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括如下步骤：
①对耐热合金材料工件服役前状态下的沉淀颗粒相尺寸d0进行测量，随后在服役温度区间内设置不同温度Tn和不同时长tn的热暴露试验，以及在该温度Tn和时长tn下的沉淀颗粒相尺寸dn；至少进行温度不同的两次试验，获得两组试验组数据；
②随后根据上述试验组数据绘制与的关系图，其中tn为设置的热暴露试验时长，Tn为设置的热暴露试验温度，dn在该温度Tn...

【专利技术属性】
技术研发人员：高振桓，巩秀芳，王天剑，杨乐馨，聂丽萍，魏先平，袁小虎，孙友贝，管迎博，李定骏，隆彬，
申请(专利权)人：东方电气集团东方汽轮机有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51