【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及单晶高温合金的残余应力测量领域，具体涉及一种用于验证单晶残余应力测量方法准确性的残余应力标样制备方法。
技术介绍
1、单晶高温合金零件在制备和使用过程中，都可能产生残余应力，残余应力过高时会导致再结晶或者裂纹，严重损害单晶叶片的制备合格率与使用安全性，因此准确测定单晶合金零件的残余应力具有重要的技术价值。但测定多晶材料残余应力的传统方法不适用于单晶材料，多晶材料中由于小尺寸的晶粒取向随机分布，易于检测到衍射峰，而单晶材料检测到衍射峰的难度显著增大，尚未建立成熟的检测方法，现有检测方法的准确性也缺少可靠的验证方法。
技术实现思路
1、为了提供单晶高温合金残余应力测试所需的标样，本专利技术的目的在于提供单晶高温合金残余应力测试的标样的结构及制备方法，该结构和方法既可制备具有残余应力的试件，又便于测量其残余应力值，可用于验证单晶高温合金残余应力检测方法的准确性。
2、为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种用于单晶高温合金残余应力测试的标样的结构，由套筒和芯棒过盈配合组装而成，制备材料采用单晶高温合金料棒，单晶棒轴向与[001]取向的偏差小于5°，通过将套筒加热到一定温度产生一定的膨胀变形，然后与处于室温的芯棒组装在一起，冷却到室温后在套筒中拉应力。
4、所述套筒为圆管状，套筒的长度为外径的3-5倍，套筒的外径为内径的1.4-2.1倍。在套筒的端面上沿着<100>晶向刻上永久性标线，作为验证残余应力的基准方向
5、过盈配合组装前需要对套筒进行电解抛光去除残余应力，然后在套筒长度的中点位置沿着标线方向采用螺旋测微器测量初始外径d0。套筒的加热温度在350-400℃之间，组装前需要对芯棒进行电解抛光，以缓慢地减小芯棒的直径，直至芯棒能与加热的套筒能顺利组装在一起并冷却至室温。应力标样完成组装后，采用同样的测量方法测量装配后的套筒外径d，样品表面的应变计算公式为ε＝(d-d0)/d0，残余应变乘以<001>晶向的杨氏模量，可得到样品的残余应力。
6、残余应力标样在使用时，射线束入射点在样品长度的中点，采用(200)衍射峰进行测试验证，使入射束接近平行于样品表面的方向入射(需要根据套筒轴向与[001]取向的偏差角微调)，样品轴向近似平行于入射束和反射束所处的平面，标线近似垂直于入射束和反射束的角平分线。
7、该试件的结构与方法适用于制备验证单晶残余应力测定方法的标样，已确定测定方法的准确性。
8、本专利技术的设计机理如下：
9、采用过盈配合法产生应力，选用轴向与[001]取向偏差角在5°以内的单晶高温合金棒为制备材料，采用慢走丝线切割法从单晶棒中切取套筒和芯棒，套筒的长度为外径的3-5倍，套筒的外径为内径的1.4-2.1倍，芯棒的直径比套筒内径大0.1mm。将套筒外表面采用电解抛光去除表面应力层。然后采用单晶取向测定仪确定套筒横截面内的[100]取向，沿着[100]取向刻上标线，采用螺旋测微器在套筒长度中点沿着标线方向测量套筒装配前的直径d0。将套筒在箱式电阻炉中加热到350-400℃，同时将芯棒通过电解逐步减细，直至将芯棒顺利装配到加热的套筒中，将装配好的冷却到室温后，套筒由于收缩受到芯棒的约束会产生一定的拉应力。采用相同的方法测量装配后的直径d，套筒表面的周向应变可按公式为ε＝(d-d0)/d0计算，残余应变乘以<001>晶向的杨氏模量，可得到样品的残余应力。残余应力标样可用于验证残余应力测试方法的准确性，如x射线衍射法，中子衍射法等。在使用时，射线束入射点在样品长度的中点，采用(200)衍射峰进行测试验证，使入射束接近平行于样品表面的方向入射，样品轴向平行于入射束和反射束所在的平面，标线垂直于入射束和反射束的角平分线。以热处理态样品为零应力参考样品，通过测定过盈配合试样的晶格常数a和零应力样品的晶格常数a0，即可确定其残余应变，乘以[001]取向杨氏模量后，可得到残余应力的测定值。通过对比过盈试样的装配时的应力值和采用衍射法测定的应力值，可以对比验证残余应力标样应力值和测试方法的准确性。
10、本专利技术采用过盈配合在套筒中产生残余应力，同时选择合理的套筒的长径比，使样品中部的残余应力在轴向上基本保持不变，通过选择合理的内外径比值，使标样的表面可产生适当的残余应力又便于套筒和芯棒的组装。测量套筒组装前后的直径d0和d，可计算出样品表面的应变ε＝(d-d0)/d0，残余应变乘以<001>晶向的杨氏模量，即可得到样品的残余应力。
11、本专利技术的优点和有益效果如下：
12、套筒和芯棒的过盈配合可在套筒中产生拉应力，通过选择过盈配合量和套筒的内外径之比调整残余应力标样的应力水平，套筒在组装前通过电解抛光消除加工过程产生的残余应力，避免加工残余应力和装配残余应力叠加，提高标样残余应力水平的准确性，通过电解抛光缓慢减细芯棒的直径，配合套筒的加热温度，可以方便调整过盈配合量。通过选用偏差角小于5°的单晶棒料，并在套筒端面上刻[100]取向的标线，可以在检测验证时方便寻找(200)衍射峰，且便于利用[001]取向的杨氏模量计算残余应力。
13、其原因如下：
14、1)套筒在加工过程中不可避免的出现表层应力层和表层组织变化，通过无应力的电解抛光过程，可去除表面应力层，避免表面应力层和过盈配合应力的叠加带来的误差。
15、2)通过选取适当的套筒内外径之比和过盈程度可以使套筒表层产生适当的应力水平并避免发生塑性变形。通过选择适当的套筒加热温度，可以避免套筒发生氧化，避免氧化层对组装后的直径测量结果的影响。通过电解减细芯棒的直径，便于控制过盈配合程度，组装过程简便。
16、3)选取轴向与[001]取向偏差角在5°以内的单晶棒作为制备材料，通过在套筒端面上刻上标线，便于测量组装前后的直径，便于计算应变，进而乘以[001]取向的杨氏模量得到样品表面的周向残余应力。
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1.用于单晶高温合金残余应力测试的残余应力标样，由套筒和穿套于中空套筒内的芯棒过盈配合组装而成，其特征在于：套筒和芯棒制备材料采用相同的单晶高温合金料棒，单晶棒轴向与[001]取向的偏差小于等于5°，通过将套筒加热膨胀，然后与处于室温的芯棒组装在一起，芯棒穿套于套筒中后，冷却到室温后在套筒中拉应力。
2.根据权利要求1所述的用于单晶高温合金残余应力测试的残余应力标样，其特征在于：所述套筒的长度为外径的3-5倍，套筒的外径为内径的1.4-2.1倍。
3.根据权利要求1所述的过盈配合残余应力标样，其特征在于：在套筒的一个端面上沿着<100>晶向刻上永久性标线，作为验证残余应力的基准方向。
4.根据权利要求1或2所述的过盈配合残余应力标样，其特征在于：套筒为中空的圆筒形，芯棒为圆柱形，套筒和芯棒的长度相同，套筒内径为5-15mm，芯棒的直径略大于套筒内径(芯棒的直径略大于套筒内径0.05-0.2mm，优选0.08-0.12mm)，芯棒穿套于套筒中后，套筒和芯棒过盈配合。
5.一种利用权利要求1-4任一所述的残余应力标样用于单晶
6.根据权利要求5所述的单晶高温合金残余应力测试的残余应力标样，其特征在于：残余应力标样在使用时，射线束(X射线或中子)的入射点在样品长度的中点，采用(200)衍射峰进行测试验证，使入射束近似平行于(需要根据标样轴向与[001]取向的偏差微调标样方向，偏差角小于等于5°)入射点处样品表面切平面的方向入射，样品轴向近似平行于入射束和反射束所处的平面，标线近似垂直于入射束和反射束的角平分线。
...【技术特征摘要】
1.用于单晶高温合金残余应力测试的残余应力标样，由套筒和穿套于中空套筒内的芯棒过盈配合组装而成，其特征在于：套筒和芯棒制备材料采用相同的单晶高温合金料棒，单晶棒轴向与[001]取向的偏差小于等于5°，通过将套筒加热膨胀，然后与处于室温的芯棒组装在一起，芯棒穿套于套筒中后，冷却到室温后在套筒中拉应力。
2.根据权利要求1所述的用于单晶高温合金残余应力测试的残余应力标样，其特征在于：所述套筒的长度为外径的3-5倍，套筒的外径为内径的1.4-2.1倍。
3.根据权利要求1所述的过盈配合残余应力标样，其特征在于：在套筒的一个端面上沿着<100>晶向刻上永久性标线，作为验证残余应力的基准方向。
4.根据权利要求1或2所述的过盈配合残余应力标样，其特征在于：套筒为中空的圆筒形，芯棒为圆柱形，套筒和芯棒的长度相同，套筒内径为5-15mm，芯棒的直径略大于套筒内径(芯棒的直径略大于套筒内径0.05-0.2mm，优选0.08-0.12mm)，芯棒穿套于套筒中后，套筒和芯棒过盈配合。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：刘金来，李金国，于金江，周亦胄，孙晓峰，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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