一种镍基合金涡轮叶片剩余性能评估方法技术

本申请提供了一种镍基合金涡轮叶片剩余性能评估方法，所述评估方法包括：步骤一、采用模拟损伤试验获得涡轮叶片不同损伤程度的材料模拟样本，根据材料模拟样本构建材料的组织参量与性能指标的关系和材料的硬度与性能指标的关系；步骤二、获取涡轮叶片目标部位样本，测量所述涡轮叶片目标部位样本的组织参量和硬度，根据材料模拟样本的组织参量、硬度与性能指标的关系分别计算涡轮叶片目标部位样本的组织参量和硬度对应的性能指标；步骤三、计算所述涡轮叶片目标部位样本的组织参量和硬度对应的性能指标差异，根据所述差异判断涡轮叶片的性能。本申请的方法可快速评估剩余性能，提高试验准确性，同时可减少解剖检查的涡轮叶片数量，节约成本。节约成本。节约成本。

【技术实现步骤摘要】
一种镍基合金涡轮叶片剩余性能评估方法


[0001]本申请属于航空发动机
，特别涉及一种镍基合金涡轮叶片剩余性能评估方法。

技术介绍

[0002]航空发动机及燃气轮机的涡轮叶片工作在高温及复杂载荷条件下，对其力学性能提出较高的要求。现有技术中，制造涡轮叶片通常采用镍基高温合金，但镍基高温合金在长时间服役过程中可能会产生性能衰减，因此在一定服役时间后需要对涡轮叶片的剩余寿命进行评估。由于涡轮叶片尺寸有限且形状结构复杂，很难直接截取到标准试样以测得其各种性能，而截取非标小试样可完成的测试项目有限，且测试准确度大大降低，无法直接使用。
[0003]目前对于涡轮叶片的剩余性能评估，一般采用基于经验规律的硬度与强度推算方法，但不同材料、不同服役条件等特点会造成不同型号发动机上实际使用的叶片的观测指标和推断指标的具体关系存在差异。另外，现有技术中还会用组织形貌推算剩余性能的方法，但该方法仅能评估剩余持久寿命，并不能对多种力学性能指标进行全面的综合评估。
[0004]此外，上述方法均为采用材料的某一参量做为单一观测指标，涡轮叶片剩余性能评估准确性较低。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是提供了一种镍基合金涡轮叶片剩余性能评估方法，以解决或减轻
技术介绍
中的至少一个问题。
[0006]本申请的技术方案是：一种镍基合金涡轮叶片剩余性能评估方法，所述评估方法包括：
[0007]步骤一、采用模拟损伤试验获得涡轮叶片不同损伤程度的材料模拟样本，根据材料模拟样本构建材料的组织参量与性能指标的关系和材料的硬度与性能指标的关系；
[0008]步骤二、获取涡轮叶片目标部位样本，测量所述涡轮叶片目标部位样本的组织参量和硬度，根据材料模拟样本的组织参量、硬度与性能指标的关系分别计算涡轮叶片目标部位样本的组织参量和硬度对应的性能指标；
[0009]步骤三、计算所述涡轮叶片目标部位样本的组织参量和硬度对应的性能指标差异，根据所述差异判断涡轮叶片的性能。
[0010]在本申请优选实施方式中，所述模拟损失试样为高温应力热暴露方法。
[0011]在本申请优选实施方式中，所述组织参量包括镍基合金强化相的体积分数；
[0012]所述硬度包括维氏硬度、洛氏硬度、布氏硬度中任一个；
[0013]所述性能指标包括强度指标、塑性指标、寿命指标。
[0014]在本申请优选实施方式中，所述涡轮叶片目标部位样本的组织参量和硬度对应的性能指标差异计算方法为：
[0015][0016]式中，M为涡轮叶片目标部位样本的组织参量和硬度对应的性能指标误差参数；
[0017]X1为涡轮叶片目标部位样本的组织参量对应的性能指标；
[0018]X2为涡轮叶片目标部位样本的硬度对应的性能指标。
[0019]在本申请优选实施方式中，当性能指标误差参数小于预定范围最小值时，则计算的性能指标结果评级为推荐采用；
[0020]当性能指标误差参数在预定范围内时，则计算的性能指标结果评级为可采用；
[0021]当性能指标误差参数大于预定范围最大值时，则计算的性能指标结果评级为谨慎参考。
[0022]本申请提供的镍基合金涡轮叶片剩余性能评估方法基于对目标型号所使用的涡轮叶片的分析和试验结果进行评估，提高了评估准确度。该方法不仅适用于单一的性能指标，还可同时对强度指标(断裂强度、屈服强度)、塑性指标(延伸率、收缩率)、持久寿命等多种力学性能指标进行全面的综合评估，采用组织参量和硬度测试两种手段分别进行评估，并进行交叉验证以确定评价结果的置信程度。
[0023]本申请的方法克服了现有方法需要对大量叶片进行解剖分析，检查工作量较大、耗时较多、评价准确度不足的问题，该方法在预先建立的组织、硬度和性能指标关系基础上仅通过简单分析即可快速评估剩余性能，检测进度大幅缩短，提升工作效率，同时提高试验准确性，同时可大大减少需要解剖检查的涡轮叶片数量，大幅节约成本。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
[0025]图1为本申请的镍基合金涡轮叶片剩余性能评估方法流程图。
具体实施方式
[0026]为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
[0027]如图1所示，本申请提供的镍基合金涡轮叶片剩余性能评估方法包括如下过程：
[0028]步骤一、采用由模拟损伤试验获得不同损伤程度的材料模拟样本，根据材料模拟样本确定材料的组织参量与性能指标的关系和材料的硬度与性能指标的关系。
[0029]例如在本申请提供的该实施例中，根据涡轮叶片的相关研究基础和服役工况等特点，采用高温应力热暴露方法制备材料的模拟样本，以模拟材料服役不同阶段的组织特征。不同阶段的模拟组织样本按服役时间从短至长分别标记为a、b、c、d等，其中，模拟组织样本的最大组织变化程度应覆盖涡轮叶片全寿命周期的组织和性能最大变化程度。
[0030]测量不同服役阶段的模拟组织样本的组织参量及硬度，得到组织参量P
a
、P
b
、P
c
、P
d
等及硬度V
a
、V
b
、V
c
、V
d
等。在本申请中，组织参量为镍基合金强化相的体积分数，而硬度可以采用维氏硬度、布氏硬度或洛氏硬度等，优选采用维氏硬度。
[0031]将制备好的模拟组织样本加工成标准试棒，测得各阶段模拟组织样本的力学性能
指标——强度、刚度、持久寿命等。本申请该实施例中，以力学性能指标为持久寿命T为例进行说明，即加工成标准试棒后测得各阶段的模拟组织样本的持久寿命T
a
、T
b
、T
c
、T
d
等。
[0032]根据上述结果，分别建立模拟组织样本的组织参量P与性能指标为持久寿命的关系、硬度V与性能指标为持久寿命的关系，分别得到关系函数T＝f(P)、T＝f(V)，根据该关系函数即可得到其性能指标。
[0033]步骤二、获取涡轮叶片目标部位样本的组织参量和硬度，由模拟样本的组织参量、硬度与性能指标的关系分别计算涡轮叶片目标部位样本的性能指标。
[0034]例如，在本申请该实施例中，对抽检的涡轮叶片目标部位进行取样，对该样本进行微观金相组织分析和维氏硬度测量得到涡轮叶片目标部位的组织参量P
Q
、硬度V
Q
。
[0035]根据模拟样本的组织参量、维氏硬度与性能指标为持久寿命的性能指标关系函数计算上述涡轮叶片目标部位的组织参量P
Q
、硬度V
Q
对应的力学性能指标的推算值，即持久寿命T
Q
‑
P
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍基合金涡轮叶片剩余性能评估方法，其特征在于，所述评估方法包括：步骤一、采用模拟损伤试验获得涡轮叶片不同损伤程度的材料模拟样本，根据材料模拟样本构建材料的组织参量与性能指标的关系和材料的硬度与性能指标的关系；步骤二、获取涡轮叶片目标部位样本，测量所述涡轮叶片目标部位样本的组织参量和硬度，根据材料模拟样本的组织参量、硬度与性能指标的关系分别计算涡轮叶片目标部位样本的组织参量和硬度对应的性能指标；步骤三、计算所述涡轮叶片目标部位样本的组织参量和硬度对应的性能指标差异，根据所述差异判断涡轮叶片的性能。2.如权利要求1所述的镍基合金涡轮叶片剩余性能评估方法，其特征在于，所述模拟损失试样为高温应力热暴露方法。3.如权利要求2所述的镍基合金涡轮叶片剩余性能评估方法，其特征在于，所述组织参量包括镍基合金强化相的体...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟庆新，刘芳，王威，梁振兴，高志坤，董自超，孟令琪，李洋，刘明坤，王全，佟文伟，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：