一种燃机叶片服役组织损伤评价方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高温合金技术领域，特别涉及一种燃机叶片服役组织损伤评价方法。
【背景技术】
[0002]镍基高温合金具有优异的高温强度、氧化和蠕变抗力，因而被广泛地用于制作燃汽轮机和航空发动机中关键部位的高温部件。在服役期间，这些部件不仅因反复起动一停车的瞬态载荷循环引起疲劳损伤，而且由于长期在一定稳态温度下工作，还会发生时间相关的蠕变损伤。蠕变-疲劳的交互作用常成为其主要的失效形式。大量的研究工作表明:高温合金叶片的低周疲劳寿命与温度、循环频率、加载波型及保持时间等实验参数密切相关。评价高温合金叶片服役损伤情况有许多方法，如线性累计损伤法、应变范围区分法、应变能区分法、频率分离法、损伤函数法等。尽管这些方法已在一些材料中显示出较佳的疲劳寿命预测能力，但在蠕变-疲劳-环境三者交互作用的条件下进行寿命预测时，则表现出一定的局限性，尚不能满足燃机叶片服役寿命预测的实际需求。因此，有必要发明一种新的叶片服役寿命预测方法。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种燃机叶片服役组织损伤评价方法，该方法为一种新的叶片服役寿命预测方法，能够满足燃机叶片服役寿命预测实际需求。
[0004]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
[0005]一种燃机叶片服役组织损伤评价方法，该评价方法包括如下步骤:
[0006](1)根据热端部件用高温合金材料在模拟服役过程中组织损伤与性能退化规律以及损伤组织与退化性能之间的对应关系，建立热端部件用高温合金材料在模拟服役过程中组织损伤特征图谱和对应的性能退化数据库；
[0007](2)根据热端部件用合金在实际服役过程中组织损伤与性能退化规律以及损伤组织与退化性能之间的对应关系，建立热端部件合金在实际服役过程中组织损伤特征图谱和对应的性能退化数据库；
[0008](3)将步骤⑴数据库中热端部件用高温合金材料模拟服役过程中组织损伤特征图谱和性能数据与步骤(2)数据库中热端部件合金实际服役过程中组织损伤特征图谱和性能数据进行比对分析，并结合热端部件的设计要求，建立高温合金热端部件服役组织损伤评价标准数据库；
[0009](4)对实际服役的燃机叶片材料进行取样，对叶片材料样品进行组织分析和性能测试并与步骤(3)建议的标准数据库中的损伤特征图谱和性能数据进行对比，给出该实际服役的燃机叶片服役损伤评估结果。
[0010]步骤(4)中，对实际服役的燃机叶片进行取样的过程如下:叶身部位切三个横截面Al、A2和A3，分别位于叶身高度的1/3、2/3和叶根处，在三个横截面上各选取四个测试点，选取过程为:在各横截面上分别标出进气边(前缘)、排气边(后缘)、叶盆、叶背四个测试点，分别标为Q、H、P、B，其中Q、Η点分别位于前缘和后缘半径范围内，Ρ、Β点分别位于1/3弦长处的叶盆和叶背；其他要求按GB/T 13298进行。
[0011]步骤(4)中，对叶片材料样品进行组织分析的过程为:在扫描电子显微镜下进行叶片材料样品的组织观察，样品显微组织表征参量为枝晶干γ’相和枝晶间碳化物和晶界，分别检测枝晶间区γ’相的形貌尺寸、枝晶间和晶界区碳化物的相对面积分数；采用标准图谱比较法或定量法对显微组织进行表征和评价。对样品显微组织进行表征和评价的过程如下:
[0012](a)将采集的视场与枝晶干γ丨相服役损伤评级标准图谱进行比对，与检测图像最接近的标准图片所对应的损伤级别即为γ 7相损伤级别。图2为枝晶干γ'相服役损伤评级标准图，按枝晶干γ '相退化程度由轻到重分为I至III级级一一正常，II级一一轻微损伤，III级一一严重损伤。
[0013](b)将采集的视场与枝晶间碳化物服役损伤评级标准图谱进行比对，与检测图像最接近的标准图片所对应的损伤级别即为碳化物损伤级别。图3为枝晶间碳化物服役损伤评级标准图，按枝晶间碳化物退化程度由轻到重分为I至III级级一一正常，II级一一轻微损伤，III级一一严重损伤。
[0014]本发明评价方法的原理及有益效果如下:
[0015]根据热端部件用高温合金材料在模拟服役过程中组织损伤与性能退化规律及其损伤组织-退化性能之间的对应关系，建立热端部件用高温合金材料组织损伤特征图谱和对应的性能退化数据库。通过热端部件实际服役损伤状态与部件用高温合金材料服役损伤特征图谱和性能数据库进行比对分析，并结合热端部件的设计要求，建立高温合金热端部件服役损伤检测评价标准数据库。利用实测的高温合金热端部件材料服役组织和性能数据与数据库中的组织和性能数据进行对比，最后给出叶片服役损伤评价结果。
【附图说明】
[0016]图1为本发明燃机叶片取样位置示意图；其中:(a)叶片叶身取样截面；(b)叶片截面取样测试位置。
[0017]图2为晶干γ ’相服役损伤评级图;其中:(a) I级;(b) II级;(c) III级。
[0018]图3为枝晶间碳化物服役损伤评级图；其中:(a) I级;(b) II级;(c) III级。
[0019]图4为不同组织损伤的典型持久性能。
[0020]图5为服役叶片与标准模拟服役叶片的γ’组织对比；其中:(a)服役叶片，25000h ； (b)标准模拟服役叶片，24000h。
[0021]图6为服役叶片与标准模拟服役叶片的晶界碳化物组织对比；其中:(a)服役叶片，25000h ;(b)标准模拟服役叶片，24000h。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图详述本发明。
[0023]本发明为燃机叶片服役组织损伤评价方法，该评价方法包括如下步骤:
[0024]1、根据热端部件用高温合金材料在模拟服役过程中组织损伤与性能退化规律以及损伤组织与退化性能之间的对应关系，建立热端部件用高温合金材料在模拟服役过程中组织损伤特征图谱和对应的性能退化数据库；
[0025]2、根据热端部件用合金在实际服役过程中组织损伤与性能退化规律以及损伤组织与退化性能之间的对应关系，建立热端部件合金在实际服役过程中组织损伤特征图谱和对应的性能退化数据库；
[0026]3、将步骤(1)数据库中热端部件用高温合金材料模拟服役过程中组织损伤特征图谱和性能数据与步骤(2)数据库中热端部件合金实际服役过程中组织损伤特征图谱和性能数据进行比对分析，并结合热端部件的设计要求，建立高温合金热端部件服役组织损伤评价标准数据库；
[0027]4、对实际服役的燃机叶片材料进行取样，对叶片材料样品进行组织分析和性能测试并与步骤(3)建议的标准数据库中的损伤特征图谱和性能数据进行对比，给出该实际服役的燃机叶片服役损伤评估结果。
[0028]5、对实际服役的燃机叶片进行取样的过程如下:如图1所示，叶身部位切三个横截面Al、A2和A3，分别位于叶身高度的1/3、2/3和叶根处，在三个横截面上各选取四个测试点，选取过程为:在各横截面上分别标出进气边(前缘)、排气边(后缘)、叶盆、叶背四个测试点，分别标为Q、H、P、B，其中Q、Η点分别位于前缘和后缘半径范围内，Ρ、Β点分别位于1/3弦长处的叶盆和叶背；其他要求按GB/T 13298进行。
[0029]6、对叶片材料样品进行组织分析的过程为:在扫描电子显微镜下进行叶片材料样品的组织观察，样品显微组织表征参量为枝晶干γ’相和枝晶间碳化物和晶界，分别检测枝晶