【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料疲劳裂纹扩展，特别是涉及一种镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率预测方法及系统。
技术介绍
1、镍基高温合金广泛应用于航空航天、燃气涡轮发动机、发电和化工等行业，在这些领域，材料必须能够经受严峻的环境。在这些应用中，疲劳裂纹扩展是高温合金部件的主要失效机制之一。特别是温度对高温合金中疲劳裂纹扩展的影响是在确保高温应用中的结构完整性和可靠性时必须考虑的关键因素。因此，了解温度对疲劳裂纹扩展的影响对于准确预测高温合金组件在广泛温度范围内的疲劳寿命至关重要。
2、镍基高温合金具有独特的微观结构，包括固溶体基体相和沉淀相，这对其机械性能和疲劳裂纹扩展行为起着至关重要的作用。在高温下，有几种机制共同促成了镍基高温合金中疲劳裂纹扩展行为的复杂性。这些机制包括热激活的变形、扩散、氧化、相变和热梯度。随着温度的升高，材料中位错和其他缺陷的迁移性增加，导致塑性增强和位错介导的裂纹扩展。此外，高温可以加速扩散过程，如晶界扩散和环境相互作用，这可以影响裂纹传播速率和裂纹闭合行为。氧化还可以诱导表面缺陷并改变裂纹尖端附近的应力分布，影响裂纹扩展行为。在高温下发生的相变，例如γ到γ'的转变，可以引起微观结构和机械性能的变化，影响疲劳裂纹扩展。这些因素可以极大地影响裂纹扩展速率和路径，最终影响材料的疲劳寿命。由于这些因素的复杂相互作用，准确预测高温下疲劳裂纹扩展速率是非常复杂的。
3、针对镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率的预测，现有方法中从现象学的角度对经典的paris模型进行了修改，arrhenius方程通过将高温下的疲
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率预测方法及系统，可以更可靠地捕捉温度依赖效应的非线性，提高了疲劳裂纹扩展速率预测的准确性。
2、一种镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率预测方法，其包括：
3、s1，构建初始非线性动力学速率模型；所述初始非线性动力学速率模型如下式：
4、
5、式中：m为疲劳裂纹扩展速率，c1、m1、q1、c2、m2和q2为模型参数，δk为应力强度因子，t为绝对温度；
6、s2，制备若干个镍基高温合金的紧凑拉伸试样；
7、s3，在不同绝对温度下对各所述紧凑拉伸试样进行疲劳裂纹扩展实验，得到各所述紧凑拉伸试样在不同实验加载次数下的实验裂纹长度；
8、s4，基于各所述实验裂纹长度和各所述实验受力范围进行计算，得到各所述紧凑拉伸试样在不同实验加载次数下的应力强度因子；计算公式如下：
9、
10、式中：δp为实验受力范围、w为紧凑拉伸试样的宽度，b为紧凑拉伸试样的厚度，α＝a/w，a为实验加载次数为n时的实验裂纹长度；
11、s5，基于各所述实验加载次数进行计算，得到不同温度下各所述紧凑拉伸试样的疲劳裂纹扩展速率；计算公式如下：
12、
13、s6，根据绝对温度、紧凑拉伸试样的应力强度因子和紧凑拉伸试样的疲劳裂纹扩展速率之间的对应关系，将各所述绝对温度、各所述紧凑拉伸试样的应力强度因子和各所述紧凑拉伸试样的疲劳裂纹扩展速率带入所述非线性动力学速率模型，得到c1、m1、q1、c2、m2和q2的值；
14、s7，将c1、m1、q1、c2、m2和q2的值带入所述初始非线性动力学速率模型，得到非线性动力学速率模型；
15、s8，基于所述非线性动力学速率模型对镍基高温合金的疲劳裂纹扩展速率进行预测。
16、可选地，s2具体为：
17、制备若干个镍基高温合金的初始紧凑拉伸试样；
18、对所述初始紧凑拉伸试样在频率为8-12hz、最大受力为3-6kn和载荷比为0.1的条件下进行循环加载，形成11-14mm的预裂纹，得到各所述紧凑拉伸试样。
19、可选地，所述镍基高温合金经过均质化和坯料锻造工艺后制备得到各紧凑拉伸试样；
20、所述镍基高温合金的晶粒的平均尺寸为20.5μm，晶粒内的颗粒为γ'析出物，颗粒的尺寸范围为1-3μm。
21、可选地，所述镍基高温合金的成分包括铬、钼、钛、铝、铌、钴、钒、铁、碳、镧、铈和镍；
22、各成分的重量百分比为：13.0-15.0％的铬、4.5-5.5％的钼、2.4-2.8％的钛、2.4-2.8％的铝、2.4-2.8％的铌、10-15％的钴、<0.01％的钒、<1％1的铁、0.04-0.08％的碳、<0.01％的镧、<0.01％的铈和余量的镍。
23、本专利技术还提供了一种镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率预测系统，其包括：
24、模型构建模块，用于构建初始非线性动力学速率模型；所述初始非线性动力学速率模型如下式：
25、
26、式中：m为疲劳裂纹扩展速率，c1、m1、q1、c2、m2和q2为模型参数，δk为应力强度因子，t为绝对温度；
27、试样制备模块，用于制备若干个镍基高温合金的紧凑拉伸试样；
28、试样实验模块，用于在不同绝对温度下对各所述紧凑拉伸试样进行疲劳裂纹扩展实验，得到各所述紧凑拉伸试样在不同实验加载次数下的实验裂纹长度；
29、第一计算模块，用于基于各所述实验裂纹长度和各所述实验受力范围进行计算，得到各所述紧凑拉伸试样在不同实验加载次数下的应力强度因子；计算公式如下：
30、
31、式中：δp为实验受力范围、w为紧凑拉伸试样的宽度，b为紧凑拉伸试样的厚度，α＝a/w，a为实验加载次数为n时的实验裂纹长度；
32、第二计算模块，用于基于各所述实验加载次数进行计算，得到不同温度下各所述紧凑拉伸试样的疲劳裂纹扩展速率；计算公式如下：
33、
34、参数计算模块，用于根据绝对温度、紧凑拉伸试样的应力强度因子和紧凑拉伸试样的疲劳裂纹扩展速率之间的对应关系，将各所述绝对温度、各所述紧凑拉伸试样的应力强度因子和各所述紧凑拉伸试样的疲劳裂纹扩展速率带入所述非线性动力学速率模型，得到c1、m1、q1、c2、m2和q2的值；
35、模型修正模块，用于将c1、m1、q1、c2、m2和q2的值带入所述初始非线性动力学速率模型，得到非线性动力学速率模型；
36、速率预测模块，用于基于所述非线性动力学速率模型对镍基高温合金的疲劳裂纹扩展速率进行预测。
37、可选地，所述试样制备模块具体为：
38、制备若干个镍基高温合金的初始紧凑拉伸试样；
39、对所述初始紧凑拉伸试样在频率为8-12hz、最大受力为3-6kn和载荷比为0.1的条件下进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率预测方法，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率预测方法，其特征在于，S2具体为：
3.根据权利要求1所述的镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率预测方法，其特征在于，所述镍基高温合金经过均质化和坯料锻造工艺后制备得到各紧凑拉伸试样；
4.根据权利要求1所述的镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率预测方法，其特征在于，所述镍基高温合金的成分包括铬、钼、钛、铝、铌、钴、钒、铁、碳、镧、铈和镍；
5.一种镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率预测系统，其特征在于，其包括：
6.根据权利要求5所述的镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率预测系统，其特征在于，所述试样制备模块具体为：
7.根据权利要求5所述的镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率预测系统，其特征在于，所述镍基高温合金经过均质化和坯料锻造工艺后制备得到各紧凑拉伸试样；
8.根据权利要求5所述的镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率预测系统，其特征在于，所述镍基高温合金的成分包括铬、钼、钛、铝、铌、钴、钒、铁、碳、镧、铈和镍；p>...
【技术特征摘要】
1.一种镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率预测方法，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率预测方法，其特征在于，s2具体为：
3.根据权利要求1所述的镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率预测方法，其特征在于，所述镍基高温合金经过均质化和坯料锻造工艺后制备得到各紧凑拉伸试样；
4.根据权利要求1所述的镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率预测方法，其特征在于，所述镍基高温合金的成分包括铬、钼、钛、铝、铌、钴、钒、铁、碳、镧、铈和镍；
...
【专利技术属性】
技术研发人员：关雪飞，何晶靖，李肖逸，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院研究生院，
类型：发明
国别省市：
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