本发明属于铸造高温合金缺陷修复领域，涉及一种基于超声疲劳的铸造高温合金抗疲劳热等静压修复评定模型。
背景技术
铸造高温合金具有抗蠕变、耐高温、成型好等优点，在航空发动机、汽轮机叶片领域得到广泛运用。发动机叶片在高速运转时承受高频振动疲劳载荷，疲劳裂纹容易在铸造高温合金的铸造缺陷。铸造缺陷尺寸严重影响了材料的高周、超高周疲劳性能，采用热等静压技术修复铸造高温合金铸造缺陷是提高高温合金抗疲劳性能的关键。材料铸造缺陷的热等静压技术存在两个问题：一是铸造缺陷尺寸可以减小，很难完全修复；二是铸造缺陷愈合后尺寸越小，热等静压工艺参数越高，对材料的微观结构带来不可避免的负面影响。因此，热等静压修复工艺并不是以铸造缺陷愈合最小尺寸为最终目标，而是以满足抗疲劳性前提下的最佳尺寸，即疲劳裂纹不从低于该尺寸的铸造缺陷处萌生，而是在显微组织或其他缺陷萌生。为考核铸造高温合金热等静压修复工艺性能，现有技术常从抗蠕变性能、持久性能方面对材料热等静压修复效果进行评价，以判断能否满足设计要求。但是，对材料缺陷修复效果没有有效的评定方法。材料铸造缺陷目前主要基于无损探伤、金相缺陷分析等方法，在准确获取材料缺陷的尺寸、位置等方面还存在一定难度。缺陷检出能力受到检测水平和能力的限制，尤其是检出缺陷后的安全评价理论技术不完善，
技术实现要素：
本发明提供一种铸造高温合金抗疲劳热等静压修复工艺评定模型。采用超声疲劳试验获取铸造高温合金热等静压修复后的缺陷类型及分布信息，把缺陷当做裂纹处理，运用疲劳强度理论与门槛值理论，评定抗疲劳的热等静压修复工艺。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案。
一种铸造高温合金抗疲劳热等静压修复工艺评定模型，包括以下步骤：
(1)取1～i个相同的铸造高温合金试件，标记为试件1、试件2、…试件i，并对试件1～i进行不同热等静压修复工艺，然后对试件1～i采用超声疲劳方法进行超高周次疲劳试验，试验频率20khz；对试件1～i采用扫描电镜观察疲劳断口源区孔洞形态、尺寸，并得到试件1～i的热等静压修复后的最大缺陷尺寸amax；
(2)取与步骤(1)相同的铸造高温合金，标记为试件0，对试件0进行超声疲劳试验，试验频率为20khz，观察疲劳断口，获得铸造孔洞萌生门槛值δkth,ini与材料的疲劳裂纹扩展有效门槛值δkth,eff；
(3)采用逐级降载法对试件0进行门槛值测定，即：保持载荷比不变，每级载荷下降率不超过10％，直至106周次裂纹扩展增量不超过0.1mm，此时应力强度因子为材料长裂纹门槛值δkth，lc；
(4)对试件0进行拉伸试验，加载速率0.00007s-1～0.002s-1，测定材料抗拉强度σb，并保守估计材料疲劳极限
(5)建立试件1～i的疲劳裂纹扩展门槛值δkth(δa)模型：
式中：
δkth,lc为疲劳长裂纹扩展门槛值；
δa为材料缺陷尺寸；
a*为材料疲劳小裂纹与长裂纹过渡尺寸，计算公式为：
a0为材料疲劳裂纹本征尺寸，计算公式为：
(6)构建试件1～i的疲劳小裂纹门槛值随缺陷尺寸变化的关系图，并根据试件1～i的疲劳裂纹扩展门槛值曲线，截取门槛值为铸造孔洞萌生门槛值δkth,ini，则对应的缺陷尺寸为疲劳裂纹临界缺陷尺寸。
本发明的有益效果为：本发明中所述的一种铸造高温合金抗疲劳热等静压修复工艺评定模型基于疲劳裂纹扩展理论，获得铸造高温合金疲劳小裂纹扩展曲线；采用以铸造缺陷裂纹萌生的疲劳门槛值作为评价热等静压修复工艺的标准。所述模型能获得不同热等静压修复的铸造高温合金不同缺陷的尺寸分布，通过快速估算材料缺陷扩展阻力，评价热等静压修复工艺安全性能与合理性。所述模型避免了根据材料缺陷尺寸简单估计工艺优劣的经验性，为优化热等静压修复工艺提供了科学基础。所述模型思路清晰，计算简单快捷。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1
一种铸造高温合金抗疲劳热等静压修复工艺评定模型，包括以下步骤：
(1)取1～3个相同的铸造高温合金试件，标记为试件1、试件2、试件3，并对试件1～3进行不同热等静压修复工艺，然后对试件1～3采用超声疲劳方法进行超高周次疲劳试验，试验频率20khz；对试件1～3采用扫描电镜观察疲劳断口源区孔洞形态、尺寸，并得到试件1～3的热等静压修复后的最大缺陷尺寸amax，分别为15μm、28μm、45μm；
(2)取与步骤(1)相同的铸造高温合金，标记为试件0，对试件0进行超声疲劳试验，试验频率为20khz，观察疲劳断口，获得铸造孔洞萌生门槛值δkth,ini＝2.8与材料的疲劳裂纹扩展有效门槛值δkth,eff＝1.5mpa·m1/2；
(3)采用逐级降载法对试件0进行门槛值测定，即：保持载荷比不变，每级载荷下降率不超过10％，直至106周次裂纹扩展增量不超过0.1mm，测定材料长裂纹门槛值δkth,lc＝8.5mpa·m1/2；
(4)对试件0进行拉伸试验，加载频率0.0001s-1，测定材料抗拉强度σb＝960mpa，并保守估计材料疲劳极限
(5)建立试件1～3的疲劳裂纹扩展门槛值δkth(δa)模型：
式中：
δkth,lc为疲劳长裂纹扩展门槛值；
δa为材料缺陷尺寸；
a*为材料疲劳小裂纹与长裂纹过渡尺寸，计算公式为：
a0为材料疲劳裂纹本征尺寸，计算公式为：
(7)构建试件1～3的疲劳小裂纹门槛值随缺陷尺寸变化的关系图，根据试件1～3的疲劳裂纹扩展门槛值曲线，获得铸造孔洞萌生门槛值δkth,ini＝2.8mpa·m1/2，疲劳裂纹临界缺陷尺寸为32um；将工艺1、工艺2、工艺3的热等静压修复后最大缺陷尺寸与疲劳裂纹临界缺陷尺寸比较，可知工艺1、工艺2的热等静压修复后最大缺陷尺寸小于32um，则满足材料抗疲劳性能；而工艺3的热等静压修复后最大缺陷尺寸大于32um，则不满足满足材料抗疲劳性能。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。