一种金属材料基于低周疲劳的热机械疲劳寿命预测方法技术

本发明专利技术公开了一种金属材料基于低周疲劳的热机械疲劳寿命预测方法，属于材料科学与工程应用技术领域。该方法首先建立金属材料热机械疲劳滞回能与同材料恒温(热机疲劳上限温度)低周疲劳滞回能定量关系，即两种疲劳滞回能差值与机械应变为线性关系，然后通过能量法进行寿命预测。该方法可以通过少量低周疲劳和热机械疲劳实验测试，即可实现不同机械应变的热机械疲劳寿命准确预测。该方法有效的降低了热机械疲劳寿命预测所需实验量，极大程度节约了时间、金钱和人力成本，且具有较高准确度，可以广泛应用于燃机叶片、内燃机缸盖和活塞等高温合金和耐热金属材料的热机械疲劳寿命预测。

【技术实现步骤摘要】
一种金属材料基于低周疲劳的热机械疲劳寿命预测方法
本专利技术涉及材料科学与工程应用
，具体为一种金属材料基于低周疲劳的热机械疲劳寿命预测方法。
技术介绍
金属材料，特别是高温合金和耐热材料，广泛应用于内燃机缸盖、活塞、燃机叶片等高温承力构件，在发动机工作过程中，金属材料同时承受温度载荷与机械载荷的变化。因此，易发生失效。根据失效分析，其最主要失效形式为热机械疲劳。如不能合理进行热机械疲劳寿命预测，会极大程度增加构件服役成本，降低构件服役安全性，并产生难以挽回的损伤。目前，传统的热机械疲劳寿命预测，可以分为两类：或基于大量的热机械疲劳实验数据的拟合法、虽然预测精度较高，但所需实验量大，由于热机械疲劳实验过程复杂，不可预知性强，时间、人力、金钱成本均较高，因此这种方法在应用上有很大的局限性；或根据材料的物理和力学特性，通过复杂的理论推导进行测算，准确度相对较低，且计算复杂度极高，一些特殊参数获取条件苛刻，不适宜工业推广。因此，针对热机械疲劳失效问题，急需一种相对简单、准确的疲劳寿命预测方法。
技术实现思路
为了克服现有热机械疲劳寿命预测方法存在的问题，本专利技术提供了一种金属材料基于低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属材料基于低周疲劳的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：该预测方法具体包括如下步骤：(1)分析服役构件的服役工况，确定金属材料热机械疲劳的温度和机械应变范围，其中热机械疲劳载荷具备的特征为：机械载荷随时间周期性变化，温度随时间周期性变化；(2)确定目标应变幅值，即确定进行热机械疲劳寿命预测的热应变和机械应变幅范围，热应变范围是通过温度变化获得；(3)选择金属材料进行恒温低周疲劳性能测试，获得低周疲劳中值滞回能Wa,LCF(滞回环面积)，并建立低周疲劳中值滞回能Wa,LCF与机械应变幅εmech之间的定量关系；(4)选择金属材料进行热机械疲劳性能测试，获得热机械中值滞回能Wa,TMF；...

【技术特征摘要】
1.一种金属材料基于低周疲劳的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：该预测方法具体包括如下步骤：(1)分析服役构件的服役工况，确定金属材料热机械疲劳的温度和机械应变范围，其中热机械疲劳载荷具备的特征为：机械载荷随时间周期性变化，温度随时间周期性变化；(2)确定目标应变幅值，即确定进行热机械疲劳寿命预测的热应变和机械应变幅范围，热应变范围是通过温度变化获得；(3)选择金属材料进行恒温低周疲劳性能测试，获得低周疲劳中值滞回能Wa,LCF(滞回环面积)，并建立低周疲劳中值滞回能Wa,LCF与机械应变幅εmech之间的定量关系；(4)选择金属材料进行热机械疲劳性能测试，获得热机械中值滞回能Wa,TMF；(5)将步骤(4)中的热机械中值滞回能Wa,TMF带入能量法公式进行拟合获得金属材料参数β和W0；所述能量法公式是指热机械中值滞回能Wa,TMF与热机械疲劳寿命Nf的关系，具体如式(1)所示；(6)根据步骤(3)与步骤(4)测试结果，建立热机械疲劳、低周疲劳滞回能与机械应变幅εmeth的定量关系，并获得相关材料参数；(7)通过步骤(6)建立的定量关系和步骤(3)中的机械应变幅值下的低周疲劳中值滞回能计算步骤(2)中所确定目标应变幅值下热机械疲劳中值滞回能；如果该目标应变幅值下的低周疲劳没有进行实验，则通过步骤(3)中低周疲劳中值滞回能与机械应变幅的定量关系进行计算获得；(8)将步骤(7)计算所得目标应变幅下热机械疲劳中值滞回能带入公式(1)中，计算所得热机械疲劳寿命，即为最终目标寿命。2.根据权利要求1所述的金属材料基于低周疲劳的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤(1)中，热机械疲劳实验温度范围及机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：张孟枭，庞建超，张哲峰，王猛，邱宇，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21