一种高温合金锻件的组织损伤评估方法与流程

本发明涉及金属检测，具体而言，涉及一种高温合金锻件的组织损伤评估方法。

背景技术：

1、随着航空发动机推重比的不断提高，叶片外部燃气温度以及涡轮转速不断提高，导致涡轮叶片所受服役温度和应力逐渐增加。在高温和应力的共同作用下，航空发动机涡轮叶片不可避免地发生蠕变变形，蠕变变形可能导致涡轮叶片伸长，进而与机匣发生碰撞和摩擦，进而发生蠕变失效。然而，航空发动机精密复杂的结构通常不允许对其蠕变损伤程度进行实时的监控，这就导致难以对涡轮叶片蠕变损伤程度进行即时的评估。同时由于难以准确评价涡轮叶片当前的服役损伤程度，就导致无法准确估计涡轮叶片的蠕变剩余寿命。为了避免发生安全事故，只能使涡轮叶片提前报废，这导致大量的资源浪费。如果能够提供一种针对涡轮叶片的组织损伤情况进行评估的方法，则能有效避免上述浪费的缺陷。

2、如我国发明专利cn201910662900.5公开了《一种高温合金涡轮叶片服役损伤评价及蠕变寿命预测方法》，该方法基于dz125合金在近服役条件下的微观组织演变数据库，构建了dz125定向涡轮叶片服役损伤及蠕变剩余寿命的评估和预测方法及流程。利用该方法和流程，实现了对服役涡轮叶片宏观和微观层面的服役损伤程度的评价及蠕变剩余寿命的预测。该方法相较于已有的蠕变剩余寿命方法，从微观组织量化表征入手，具有更高的精准度和合理性。但是，这种方法需要针对每一种合金分别建立数据库、测试工艺较为繁琐，且需要切割叶片的中心位置作为试样，影响叶片的后续服役，同时该方法无法将亚结构缺陷数量对寿命的影响进行量化评估。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高温合金锻件的组织损伤评估方法，用于解决航空发动机涡轮叶片的蠕变剩余寿命无法得到准确的预估时，提前报废叶片而造成的资源浪费。本发明通过提供一种基于光致正电子湮灭技术(pipa)并结合组织表征方法(ecci、sem)，综合性地对高温合金锻件组织损伤进行评估的方法体系，并基于所判定的不同的损伤等级提供对应的锻件处置方法。

2、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

3、一种高温合金锻件的组织损伤评估方法，包括如下步骤：

4、(1)、将高温合金锻件的待测样品和标准样品分别进行测试，所述测试包括：通过x射线照射样品，而后通过探测器收集样品内部因正电子湮没而产生的511kevγ射线；通过s因子法处理所述探测器收集得到的数据，并分别得到所述待测样品和所述标准样品的s值，计算所述待测样品相较于所述标准样品的所述s值的增值比例；

5、(2)、通过场发射扫描电镜成像技术检测所述待测样品和所述标准样品，记录所述待测样品相较于所述标准样品的退化特征；

6、(3)、通过电子通道衬度成像技术检测所述待测样品和所述标准样品，记录所述待测样品相较于所述标准样品的强化相变化；

7、(4)、通过所述增值比例、所述退化特征和所述强化相变化评估所述待测样品的组织损伤等级；其中：

8、一级组织损伤：所述退化特征包括γ’相筏排化，材料内部产生蠕变孔洞，延滑移面、滑移线或孪晶线上析出γ’相中的至少一种；

9、二级组织损伤：所述强化相变化包括强化相的形态变化、强化相体积分数增加≥50％、晶界迁移、晶内或晶界处聚集析出碳化物、晶界附近晶粒内出现元素贫化中的至少一种；同时，所述s值的增值比例≥15‰；

10、三级组织损伤：所述强化相变化包括强化相的形态变化、强化相体积分数增加≤50％中的至少一种；同时，所述s值的增值比例≥5‰且≤15‰；

11、四级组织损伤：所述s值的增值比例≤5‰。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

13、在传统的组织损伤评估方法中一般只考虑强化相的退化程度以及晶界处析出相对性能的影响，同时利用透射电子显微镜成像技术(tem)进行辅助评估，但由于tem技术仅能对小视场内的位错等缺陷进行定性表征，无法对锻件的某个区域进行定量表征，因此具有一定的局限性，可能造成对组织损伤情况的误判。而本发明所采用的光致正电子湮灭技术(pipa)并结合组织表征方法(ecci、sem)，其中，pipa技术可以对一定区域内的缺陷进行定量表征，同时由于其独特的技术特点，能够在材料内部激发出正电子，因此即使在高合金化材料的深处也有可能发生光中子反应而形成正电子，能够探测更深位置的损伤缺陷；再结合ecci技术和sem技术，能够实现对高温合金锻件进行更为精确的组织损伤系统评估，有效预防高温合金锻件提前报废而造成的资源浪费。

技术特征：

1.一种高温合金锻件的组织损伤评估方法，其特征在于，所述评估方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高温合金锻件的组织损伤评估方法，其特征在于，所述高温合金锻件的元素成分包括：

3.根据权利要求1所述的高温合金锻件的组织损伤评估方法，其特征在于，所述待测样品为经服役的高温合金锻件，所述标准样品的元素组成与所述待测样品相同，且所述标准样品为未经使用的高温合金锻件。

4.根据权利要求1所述的高温合金锻件的组织损伤评估方法，其特征在于，所述待测样品为经服役的高温合金锻件的高荷载区域，所述标准样品为经服役的高温合金锻件的低荷载区域。

5.根据权利要求1所述的高温合金锻件的组织损伤评估方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述待测样品和所述标准样品的测试分别独立地进行4～10次，并计算各次测试的所述s值的平均值，以作为所述待测样品和所述标准样品的s值。

6.根据权利要求1所述的高温合金锻件的组织损伤评估方法，其特征在于，在步骤(1)中所述测试的装置包括如下组件：x射线发射装置、高纯锗检测器和信号分析设备。

7.根据权利要求6所述的高温合金锻件的组织损伤评估方法，其特征在于，所述x射线发射装置包括有如下参数设置：电子能量为12mev～20mev，脉冲电流为300ma～450ma，每次脉冲时间为5μs～10μs，频率为40hz～60hz，平均电流为100μa～150μa。

8.根据权利要求6所述的高温合金锻件的组织损伤评估方法，其特征在于，在所述x射线发射装置中的射线源包括57ni、54fe、58co、27al、65cu中的一种。

9.根据权利要求1所述的高温合金锻件的组织损伤评估方法，其特征在于，所述待测样品和/或所述标准样品经x射线的照射时间为2min～3min。

10.根据权利要求1所述的高温合金锻件的组织损伤评估方法，其特征在于，所述评估方法还包括如下的处置方法：

技术总结
本发明提供了一种高温合金锻件的组织损伤评估方法，涉及金属检测技术领域。具体而言，所述评估方法包括如下步骤：(1)基于光致正电子湮灭技术和S因子法获得待测样品相较于标准样品的S值的增值比例；(2)分别基于电子通道衬度成像技术、场发射扫描电镜成像技术检测样品；(3)基于上述三项检测的结果，综合性地提供了组织损伤等级判定标准。本发明提供了一种更加准确且全面的组织损伤评估方法，有效解决了高温合金锻件因不存在判定标准而过早报废时的资源浪费，且解决了常规评估方法中当仅采用成像技术评估时无法进行定量表征的局限性，具有良好的利用前景。

技术研发人员：秦海龙,谢明昭,毕中南,谢锦丽,史松宜,周海晶
受保护的技术使用者：北京钢研高纳科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17