镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法技术

本发明专利技术涉及发动机技术领域，提出一种镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法。该镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法包括获取镍基单晶合金的初始试样，并对初始试样在预设温度下进行不同预设时间的时效试验；对试验后的初始试样进行处理得到金相试样；观测金相试样并对金相试样进行成分分析与能谱分析得到分析结果；根据分析结果计算镍基单晶合金中合金元素的偏聚系数。为镍基单晶合金高温长期时效试验中元素偏聚提供了评估方法，为镍基单晶合金设计提供合理的元素配比依据，降低制造成本。相较于现有技术中的评估合金凝固过程中的元素偏聚，本发明专利技术提供了合金试验过程中的元素偏聚评估方法，操作简便，结果清晰，误差较小。

Assessment of elemental segregation in Ni-based single crystal alloys during high temperature and long-term aging

【技术实现步骤摘要】
镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法
本专利技术涉及发动机
，尤其涉及镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法。
技术介绍
目前广泛使用镍基单晶高温合金作为涡轮叶片材料，研究含Re(铼)合金在高温长期时效过程中元素的扩散与偏聚规律，对于镍基单晶合金服役过程中组织稳定性和蠕变性能的提高有重要意义。现有技术中的评估方法多为合金凝固过程中的元素偏聚，易混淆，且测试结果存在误差。因此，有必要提供一种新的镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法。所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的评估方法多为合金凝固过程中的元素偏聚，易混淆，且测试结果存在误差的不足，提供操作简便、结果清晰且误差较小的镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法。本专利技术的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本专利技术的实践而习得。根据本专利技术的一个方面，一种镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法，包括：获取镍基单晶合金的初始试样，并对所述初始试样在预设温度下进行不同预设时间的时效试验；对试验后的所述初始试样进行处理得到金相试样；观测所述金相试样并对所述金相试样进行成分分析与能谱分析得到分析结果；根据所述分析结果计算所述镍基单晶合金中合金元素的偏聚系数。在本公开的一种示例性实施例中，所述预设温度大于等于760摄氏度小于等于1300摄氏度。在本公开的一种示例性实施例中，对热处理的所述初始试样进行处理得到金相试样包括：对所述初始试样进行打磨、抛光以及腐蚀得到所述金相试样。在本公开的一种示例性实施例中，观测所述金相试样并对所述金相试样进行成分分析与能谱分析得到分析结果，包括：观测所述金相试样，并对所述金相试样中的枝晶干区域和枝晶间区域进行成分分析与能谱分析得到分析结果；和观测所述金相试样，并对所述金相试样中的强化相区域和基体相区域进行成分分析与能谱分析得到分析结果。在本公开的一种示例性实施例中，所述分析结果至少包括枝晶干元素含量和枝晶间元素含量，观测所述金相试样，并对所述金相试样中的枝晶干区域和枝晶间区域进行成分分析与能谱分析得到分析结果，包括：将所述金相试样放大大于等于50小于等于500倍，并选取第一测试区域；对所述第一测试区域内的金相试样中的枝晶干区域和枝晶间区域进行观测；采用点阵法测量枝晶干元素含量和枝晶间元素含量。在本公开的一种示例性实施例中，采用点阵法测量枝晶干元素含量和枝晶间元素含量，包括：在所述第一测试区域内随机取点；测量多个落入所述枝晶干区域的点所在区域的元素含量并取平均值得到枝晶干元素含量；测量多个落入所述枝晶间区域的点所在区域的元素含量并取平均值得到枝晶间元素含量。在本公开的一种示例性实施例中，根据所述分析结果计算所述镍基单晶合金中合金元素的偏聚系数，包括：根据所述分析结果，通过偏聚系数计算公式计算第一偏聚系数，所述第一偏聚系数公式为：其中，K为第一偏聚系数，为枝晶干元素含量，为枝晶间元素含量。在本公开的一种示例性实施例中，所述分析结果至少包括强化相元素含量和集体向含量，观测所述金相试样，并对所述金相试样中的强化相区域和集体向区域进行成分分析与能谱分析得到分析结果，包括：将所述金相试样放大大于等于2000小于等于10000倍，并选取第二测试区域；对所述第二测试区域内的金相试样中的强化相区域和基体相区域进行观测；采用点阵法测量强化相元素含量和基体相元素含量。在本公开的一种示例性实施例中，采用点阵法测量强化相元素含量和基体相元素含量，包括：在所述第二测试区域内随机取点；测量多个落入所述强化相区域的点所在区域的元素含量并取平均值得到强化相元素含量；测量多个落入所述基体相区域的点所在区域的元素含量并取平均值得到基体相元素含量。在本公开的一种示例性实施例中，根据所述分析结果计算所述镍基单晶合金中合金元素的偏聚系数，包括：根据所述分析结果，通过偏聚系数计算公式计算第二偏聚系数，所述第二偏聚系数计算公式为：其中，为第二偏聚系数，为基体相元素含量，为强化相元素含量。由上述技术方案可知，本专利技术具备以下优点和积极效果中的至少之一：本专利技术镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法案获取镍基单晶合金的初始试样并其在预设温度下进行不同预设时间的热处理；然后对热处理后的初始试样进行处理得到金相试样；观测金相试样并对进行成分分析与能谱分析得到分析结果；依据分析结果计算镍基单晶合金中合金元素的偏聚系数。为镍基单晶合金高温长期时效试验中元素偏聚提供了评估方法，为镍基单晶合金设计提供合理的元素配比依据，降低制造成本。相较于现有技术中的评估合金凝固过程中的元素偏聚，本专利技术提供了合金试验过程中的元素偏聚评估，操作简便，结果清晰，误差较小。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施方式，本专利技术的上述和其它特征及优点将变得更加明显。图1是本专利技术镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法的流程图；图2是点阵法测量枝晶干元素含量和枝晶间元素含量的示意图；图3是评估金相试样中的枝晶干区域和枝晶间区域元素偏聚的流程图；图4是测量枝晶干元素含量和枝晶间元素含量时合金在980℃下时效20-800h后各元素的第一偏聚系数示意图；图5是测量枝晶干元素含量和枝晶间元素含量时合金在1100℃下时效20h-800h后各元素第一偏聚系数示意图；图6是采用点阵法测量强化相元素含量和基体相元素含量的示意图；图7是评估金相试样中的强化相区域和基体相区域元素偏聚的流程图；图8是测量强化相元素含量和基体相元素含量时合金在980℃下时效20-800h后各元素的第二偏聚系数示意图；图9是测量强化相元素含量和基体相元素含量时合金在1100℃下时效20h-800h后各元素第二偏聚系数的示意图；图中主要元件附图标记说明如下：1、枝晶干区域；2、枝晶间区域；3、基体相区域；4、强化相区域。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本专利技术将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。目前广泛使用镍基单晶高温合金作为涡轮叶片材料，该合金不仅具有优良的抗热腐蚀与抗氧化能力，还具有突出的高温蠕变、疲劳性能及组织稳定性，被广泛应用于制造航空、航天发动机的热端部件。镍基单晶高温合金广泛用于工业燃气轮机和航空发动机中的高压涡轮叶片。这些材料由于其自重和在使用中的高速旋转而承受高达约1100℃的温度和高离心应力。单晶高温合金的化学性质不断完善，而力学性能的改进主要可归因于难熔金属的含量增加。例如，Mo(钼)、W(钨)、Re(铼)和Ta(钽)的总含量逐渐提高，由第一代、第二代单晶高温合金中的14wt％、17wt％增加到第三代单晶合金中的20wt％。但是，难溶元素的增加会不可避免地导致合金元素的偏析。通常，元素的偏析发生在镍基高温合从枝晶核心到枝晶间区域2的定向凝固过程。相关技术中，合金元素如Co(钴)、W(钨)和Re(铼)优先分离到一次枝晶干区域1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法，其特征在于，包括：获取镍基单晶合金的初始试样，并对所述初始试样在预设温度下进行不同预设时间的时效试验；对试验后的所述初始试样进行处理得到金相试样；观测所述金相试样并对所述金相试样进行成分分析与能谱分析得到分析结果；根据所述分析结果计算所述镍基单晶合金中合金元素的偏聚系数。

【技术特征摘要】
1.一种镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法，其特征在于，包括：获取镍基单晶合金的初始试样，并对所述初始试样在预设温度下进行不同预设时间的时效试验；对试验后的所述初始试样进行处理得到金相试样；观测所述金相试样并对所述金相试样进行成分分析与能谱分析得到分析结果；根据所述分析结果计算所述镍基单晶合金中合金元素的偏聚系数。2.根据权利要求1所述的镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法，其特征在于，所述预设温度大于等于760摄氏度小于等于1300摄氏度。3.根据权利要求1所述的镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法，其特征在于，对热处理的所述初始试样进行处理得到金相试样包括：对所述初始试样进行打磨、抛光以及腐蚀得到所述金相试样。4.根据权利要求1所述的镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法，其特征在于，观测所述金相试样并对所述金相试样进行成分分析与能谱分析得到分析结果，包括：观测所述金相试样，并对所述金相试样中的枝晶干区域和枝晶间区域进行成分分析与能谱分析得到分析结果；和观测所述金相试样，并对所述金相试样中的强化相区域和基体相区域进行成分分析与能谱分析得到分析结果。5.根据权利要求4所述的镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法，其特征在于，所述分析结果至少包括枝晶干元素含量和枝晶间元素含量，观测所述金相试样，并对所述金相试样中的枝晶干区域和枝晶间区域进行成分分析与能谱分析得到分析结果，包括：将所述金相试样放大大于等于50小于等于500倍，并选取第一测试区域；对所述第一测试区域内的金相试样中的枝晶干区域和枝晶间区域进行观测；采用点阵法测量枝晶干元素含量和枝晶间元素含量。6.根据权利要求5所述的镍基单晶合金高温长期时效元素偏聚的评估方法，其特征在于，采用点阵法测量枝晶干元素含量和...

【专利技术属性】
技术研发人员：温志勋，岳珠峰，毛倩竹，张旭辉，张诚江，童文伟，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61