确定1Cr12Ni2WMoVNb马氏体不锈钢燃气轮机叶片喷丸强化最优参数的方法技术

本发明专利技术涉及一种评价方法，具体涉及一种确定1Cr12Ni2WMoVNb马氏体不锈钢燃气轮机叶片喷丸强化最优参数的方法，包括以下步骤：试片结构设计；试片喷丸工艺；试片疲劳试验；疲劳寿命分析；残余应力场分析；粗糙度分析。喷丸强化能有效提高零件的高周疲劳寿命，针对1Cr12Ni2WMoVNb马氏体不锈钢制燃气轮机叶片，通过标准试片设计、试验，验证了不同喷丸参数下喷丸强化提高不锈钢材料振动疲劳寿命的有效性，设计了不锈钢试片振动疲劳试验，确定了强化效果最好的喷丸参数。综合试件强化后表面状态及振动疲劳寿命，得到了适合1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢制燃气轮机叶片产品喷丸强化最优参数。

Determination of optimum parameters for shot peening enhancement of 1Cr12Ni2WMoVNb martensitic stainless steel gas turbine blades

The invention relates to an evaluation method, in particular to a method for determining the optimum parameters of shot peening strengthening of 1Cr12Ni2WMoVNb martensitic stainless steel gas turbine blades, including the following steps: specimen structure design; shot peening process; specimen fatigue test; fatigue life analysis; residual stress field analysis; roughness analysis. Shot peening can effectively improve the high cycle fatigue life of parts. Aiming at 1Cr12Ni2WMoVNb martensitic stainless steel gas turbine blade, the effectiveness of shot peening strengthening to improve the vibration fatigue life of stainless steel material under different shot peening parameters is verified by standard specimen design and test. The vibration fatigue test of stainless steel specimen is designed. The shot peening parameters with the best reinforcement effect are determined. The optimum parameters for shot peening strengthening of 1Cr12Ni2WMoVNb stainless steel gas turbine blades were obtained by synthesizing the surface state and vibration fatigue life of the strengthened specimens.

【技术实现步骤摘要】
确定1Cr12Ni2WMoVNb马氏体不锈钢燃气轮机叶片喷丸强化最优参数的方法
：本专利技术属于能源动力
，具体涉及一种确定1Cr12Ni2WMoVNb马氏体不锈钢燃气轮机叶片喷丸强化最优参数的方法。
技术介绍
：喷丸强化能有效的提高零件的疲劳寿命。对于燃气轮机压气机叶片来讲，疲劳寿命的显著提高是改善发动机可靠性的重要途径之一，此项工作具有重大意义。1Cr12Ni2WMoVNb是一种优良的马氏体不锈钢，目前，在燃气轮机压气机叶片设计材料选用时被广泛采用。然而对于1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢材料的叶片，无论是相关标准还是文献研究，目前均未给出此材料对应的喷丸最优参数。标准或研究成果只是给出了不锈钢材料的经验参数范围，实际上，对于不同种类的不锈钢应有对应的最优参数。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于为采用1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢材料设计的叶片提供最优喷丸强化参数，最大限度地提高叶片的高周疲劳寿命，以提高燃机运行的可靠性，保证机组性能。本专利技术采用的技术方案为：一种确定1Cr12Ni2WMoVNb马氏体不锈钢燃气轮机叶片喷丸强化最优参数的方法，包括以下步骤：步骤一、试片结构设计：按照HB/Z5277设计试件结构，该试件结构最能有效代表叶片受力状态，试件厚度为(3±0.2)mm，试件要求与所制叶片原材料标准一致，并且与叶片同炉批，这样能最大程度地保证热处理状态与叶片保持一致；加工过程为锻件—线切割—磨削—抛光；步骤二、试片喷丸工艺：按照HB/Z26进行试件上、下表面的喷丸处理，覆盖全部表面，按照标准中的喷丸强度级别进行0.08A(0.264N)、0.12A、0.16A、0.20A及0.26A的喷丸强化；步骤三、试片疲劳试验：对5组喷丸试件及1组未喷丸试件进行高周疲劳试验，以未喷丸试件为初始应力(振幅)的摸索对象，未喷丸试件疲劳寿命为105级别，经过10片的初始试验，最终确定试验振幅(峰-峰值)为7.5mm，整个试片最大振动应力(位于圆角附近)约为626MPa，对喷丸试件以同样或略高的应力水平进行考核，最终找出提高疲劳寿命幅度最大的喷丸强度值；步骤四、疲劳寿命分析：统计不同喷丸规范下各组件疲劳寿命并汇总，按照HB/Z112进行数据统计和分析；步骤五、残余应力场分析：为了全面考查喷丸前、后试件表面状态的变化，分别进行了试件残余应力场的测定、粗糙度的测定，在每片试片应力较大部位选择三个点，测量纵向σr2和横向σr1的残余应力，每种状态(喷丸、未喷丸)选择2件进行测试，并且对其中1件进行剥层测试，考查深度方向的应力场；步骤六、粗糙度分析：对在确定的喷丸参数下叶片零件进行粗糙度检测，至少进行3片叶片粗糙度Ra的测量和分析。进一步地，明确针对采用1Cr12Ni2WMoVNb马氏体不锈钢或相近马氏体不锈钢材料设计制造的燃气轮机压气机叶片进行喷丸强化的最优参数；明确喷丸介质为S110丸粒(或相当丸粒大小、材质的丸粒)；明确喷丸强度值0.08A(0.264N)(实际强化时可上浮30％，即0.264N～0.33N)；明确喷丸后残余应力场深度大于等于0.10mm，表面压应力大于等于590Mpa。本专利技术的有益效果：为采用1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢材料设计的叶片提供最优喷丸强化参数，最大限度地提高叶片的高周疲劳寿命，以提高燃机运行的可靠性，保证机组性能。对采用1Cr12Ni2WMoVNb马氏体不锈钢设计制造的燃气轮机压气机叶片，可采用S110丸粒(或相当丸粒大小、同等材料的丸粒)按0.08A(0.264N)(实际强化时可上浮30％，即0.264N～0.33N)喷丸强度进行表面喷丸强化，覆盖率大于等于100％，残余应力场深度大于等于0.10mm，表面压应力大于等于590MPa，能最好地提高叶片的疲劳寿命。对于相近马氏体不锈钢材料，也可采用同样的喷丸参数进行强化。喷丸强化能有效提高零件的高周疲劳寿命。针对1Cr12Ni2WMoVNb马氏体不锈钢制燃气轮机叶片，通过标准试片设计、试验，验证了不同喷丸参数下喷丸强化提高不锈钢材料振动疲劳寿命的有效性，设计了不锈钢试片振动疲劳试验，确定了强化效果最好的喷丸参数，结果表明，强化后叶片高周疲劳强度明显提高，在685MPa振动应力水平下，试片的振动中值疲劳寿命提高至少8.5倍。综合试件强化后表面状态(粗糙度、残余应力等)及振动疲劳寿命，得到了适合1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢制燃气轮机叶片产品喷丸强化最优参数。具体实施方式：通过大量试验研究，从试件强化后表面状态(粗糙度、残余应力等)及振动疲劳寿命的角度找出适合1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢燃气轮机叶片产品喷丸强化最优参数，包括喷丸强度、表面粗糙度及形成的残余应力场等内容。喷丸丸粒采用S110，喷丸按照HB/Z26执行，疲劳试验按照HB/Z5277进行设计，包括试片的结构设计、生产及疲劳试验的过程。通过满足样本统计标准的试验数据，得到最优喷丸参数，同时获得相应表面状态。具体过程如下：1、试片结构设计按照HB/Z5277设计试件结构，该试件结构最能有效代表叶片受力状态，其中试件厚度为(3±0.2)mm。试件要求与所制叶片原材料标准一致，并且与叶片同炉批，这样能最大程度地保证热处理状态与叶片保持一致。加工过程为锻件——线切割——磨削——抛光，使试件各方面都能达到设计图要求。2、试片喷丸工艺按照HB/Z26进行试件上、下表面的喷丸处理，覆盖全部表面尤其是圆角部位。按照标准中建议的喷丸强度级别进行0.08A(0.264N)、0.12A、0.16A、0.20A及0.26A的喷丸强化。3、试片疲劳试验对5组喷丸试件及1组未喷丸试件进行高周疲劳试验，以未喷丸试件为初始应力(振幅)的摸索对象，未喷丸试件疲劳寿命以105级别为宜。经过10片的初始试验，最终确定试验振幅(峰-峰值)为7.5mm，整个试片最大振动应力(位于圆角附近)约为626MPa。对喷丸试件已同样或略高的应力水平进行考核，最终找出提高疲劳寿命幅度最大的喷丸强度值。4、疲劳寿命分析不同喷丸规范下各组件疲劳寿命如表1所示。表1不同喷丸规范下6组试件疲劳寿命汇总按照HB/Z112进行数据统计和统计，最终结果汇总于表2中。表2试样经不同喷丸处理后的疲劳试验结果试验规范未喷0.08A(0.264N)喷0.12A喷0.16A喷0.20A喷0.26A疲劳寿命/105次1.879*17.847*16.249*6.394*4.837*18.57*1注：满足置信度95％，最大误差5％的数量。满足置信度90％，最大误差5％的数量。由结果可知，0.08A(0.264N)喷丸强度下试件寿命提高了至少8.5倍。但由于残余应力场深度与喷丸强度有关，喷丸强度越小，有效压应力场深度越浅，为了保证一定的残余压应力场深度，未进行喷丸强度＜0.08A(0.264N)的试验项目。当喷丸强度为0.08A(0.264N)时，试件疲劳寿命最高。5、残余应力场分析为了全面考查喷丸前、后试件表面状态的变化，分别进行了试件残余应力场的测定、粗糙度的测定。在每片试片应力较大部位选择三个点，测量纵向σr2和横向σr1的残余应力。每种状态(喷丸、未喷丸)选择2件进行测试。并且对其中1件进行剥层测试，考查深度方向的应力场。喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定1Cr12Ni2WMoVNb马氏体不锈钢燃气轮机叶片喷丸强化最优参数的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、试片结构设计：按照HB/Z 5277设计试件结构试件厚度为（3±0.2）mm，试件要求与所制叶片原材料标准一致，并且与叶片同炉批；加工过程为锻件—线切割—磨削—抛光；步骤二 、试片喷丸工艺：按照HB/Z 26进行试件上、下表面的喷丸处理，覆盖全部表面，按照标准中的喷丸强度级别进行0.08A、0.12A、0.16A、0.20A及0.26A的喷丸强化；步骤三、试片疲劳试验：对5组喷丸试件及1组未喷丸试件进行高周疲劳试验，以未喷丸试件为初始应力的摸索对象，未喷丸试件疲劳寿命为105级别，经过10片的初始试验，最终确定试验振幅为7.5mm，整个试片最大振动应力为626MPa，对喷丸试件以同样的应力水平进行考核，最终找出提高疲劳寿命幅度最大的喷丸强度值；步骤四、疲劳寿命分析：统计不同喷丸规范下各组件疲劳寿命并汇总，按照HB/Z112进行数据统计和分析；步骤五、残余应力场分析：为了全面考查喷丸前、后试件表面状态的变化，分别进行了试件残余应力场的测定、粗糙度的测定，在每片试片应力较大部位选择三个点，测量纵向σr2和横向σr1的残余应力，每种状态选择2件进行测试，并且对其中1件进行剥层测试，考查深度方向的应力场；步骤六、粗糙度分析：对在确定的喷丸参数下叶片零件进行粗糙度检测，至少进行3片叶片粗糙度Ra的测量和分析。...

【技术特征摘要】
2018.02.08 CN 20181012685571.一种确定1Cr12Ni2WMoVNb马氏体不锈钢燃气轮机叶片喷丸强化最优参数的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、试片结构设计：按照HB/Z5277设计试件结构试件厚度为（3±0.2）mm，试件要求与所制叶片原材料标准一致，并且与叶片同炉批；加工过程为锻件—线切割—磨削—抛光；步骤二、试片喷丸工艺：按照HB/Z26进行试件上、下表面的喷丸处理，覆盖全部表面，按照标准中的喷丸强度级别进行0.08A、0.12A、0.16A、0.20A及0.26A的喷丸强化；步骤三、试片疲劳试验：对5组喷丸试件及1组未喷丸试件进行高周疲劳试验，以未喷丸试件为初始应力的摸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，初曙光，高硕，徐宁，邹献辉，金鹏，刘云宁，刘冰冰，王琦，罗铭聪，王廷，
申请(专利权)人：哈尔滨广瀚燃气轮机有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23