CN108072747B - 一种高温合金夹杂面积定量估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于粉末高温合金寿命安全技术，涉及一种高温合金夹杂面积定量估算方法。估算的步骤如下：含夹杂试样制备；开展低周疲劳试验；收集对低周疲劳寿命无影响的试样源区夹杂的夹杂面积S和位置d；建立夹杂面积S_j与位置d_j的散点二维图；估算对低周疲劳寿命无影响的特定位置下允许的缺陷面积S。本发明提出了一种高温合金夹杂面积定量估算方法，能给出特定位置下对低周疲劳寿命无影响的夹杂的面积，进而为粉末高温合金的安全可靠使用提供了评价依据。

Description

一种高温合金夹杂面积定量估算方法

技术领域

本发明属于粉末高温合金寿命安全评估技术，涉及一种高温合金夹杂面积定量估算方法。

背景技术

粉末高温合金由于其特有的成形工艺，解决了很多传统工艺不能解决的问题，使其具有组织均匀、晶粒细小、无宏观偏析、屈服强度和抗拉强度高、抗蠕变和疲劳性能好等优点。粉末高温合金是用粉末冶金工艺生产的高温合金，由于粉末高温合金生产工艺的特点，导致粉末高温合金中不可避免的存在缺陷。粉末高温合金中主要有三类缺陷：原始颗粒边界碳化物沉淀(PPB)、热诱导孔洞(TIP)及夹杂。目前，PPB和TIP问题已基本得到解决，粉末颗粒中的夹杂物成为影响粉末高温合金发展和应用的最主要问题，虽然通过改进制备工艺可以有效减少粉末高温合金中的夹杂物数量，但粉末高温合金中的夹杂物不可避免。夹杂物易成为裂纹源，影响粉末高温合金的疲劳性能。粉末高温合金的夹杂特性可以从几方面进行表述，如成分、形状、尺寸、位置等，大量文献研究结果表明，夹杂的尺寸和位置是影响粉末高温合金疲劳寿命的主要参量，但是夹杂的尺寸、位置具有随机性特点。目前，关于夹杂尺寸、位置对疲劳寿命影响的研究和分析，主要集中在三个方面：

(1)定性描述，如夹杂尺寸越大，对疲劳寿命影响越大，夹杂越靠近表面，对疲劳寿命影响越大。

(2)利用个例给出结果，代表性差。如利用一组试验结果，对断口上源区的夹杂的尺寸进行测量，如果含某尺寸缺陷的试样的疲劳寿命满足要求，则认为小于该缺陷尺寸的夹杂对寿命无影响。这种研究存在的问题为只对夹杂处于固定位置情况进行了研究，但实际上夹杂位置具有随机性特点，不同位置的夹杂即使尺寸相同，对疲劳寿命的影响也不同，利用某固定位置下的夹杂尺寸评估其它位置缺陷不符合夹杂对寿命影响的特点，而且这种方法也没有解决其夹杂概率性的问题。

(3)半定量表述和表征：认识到夹杂对疲劳寿命的影响受其尺寸和位置的共同影响，对夹杂位置进行划分，分为表面、亚表面和内部，在夹杂位置划分的基础上分析夹杂尺寸对疲劳寿命的影响。或者是将夹杂尺寸、位置两个参量综合成一个参量，研究该综合参量对疲劳寿命的影响。这种研究虽然分析了夹杂尺寸和位置对疲劳寿命的影响，但分析对象均是含夹杂的试样，结果评价的是夹杂对所有含夹杂试样疲劳寿命的影响规律，未在综合分析不含夹杂试样基础上给出对寿命无影响的缺陷的允许面积。

因此，由于粉末高温合金中夹杂不可避免，适当的夹杂存在是允许的，只要夹杂尺寸足够小，或者夹杂尺寸不是很小，但是该夹杂不在危险位置均是可以接受的。工程上更需要得到在缺陷位置确定的情况下对疲劳寿命无影响的夹杂的面积。目前关于夹杂对疲劳寿命的影响还主要是定性的描述，缺乏对夹杂影响的定量评价和表征，未给出工程需要的对疲劳寿命无影响的某位置下的夹杂的面积，无法对含夹杂的粉末高温合金进行寿命安全评估。

发明内容

本发明的目的是：提出一种高温合金夹杂面积定量估算方法，以便给出特定位置下对低周疲劳寿命无影响的夹杂的面积，进而为粉末高温合金的安全可靠使用提供评价依据。

本发明的技术方案是：一种高温合金夹杂面积定量估算方法，其特征在于：定量估算粉末高温合金中夹杂在特定位置下所允许的夹杂面积，估算的步骤如下：

1、含夹杂试样制备:利用超声无损检测的方法，分析粉末高温合金中的夹杂分布，在低周疲劳试样加工时，使夹杂位于试样长度方向的考核段，总的试样数量不少于30个，含夹杂的试样数量不少于10个，并对每个试样进行编号；

2、开展低周疲劳试验：根据用户给出的试验条件，在低周疲劳试验机上开展低周疲劳试验，直到试样断裂，记录每个试样的低周疲劳寿命N_i值，i＝1,2，……n，n为不小于30的自然数,对所有的试样断口源区在扫描电镜下进行观察，若源区含夹杂，则对夹杂的面积S_j和位置d_j进行测量和计算，方法是：将夹杂视为椭圆形，对椭圆的长轴和短轴分别用a_j,b_j表示，S_j＝πa_jb_j，d_j为夹杂的中心到试样圆周表面的最短距离，j＝1,2，……m，m为小于n的自然数；

3、收集对低周疲劳寿命无影响的试样源区夹杂的夹杂面积S和位置d：根据用户给出的低周疲劳寿命N₀的要求，若含夹杂的试样的低周疲劳寿命大于N₀，则判定该试样所含的夹杂对低周疲劳寿命无影响；将所有含夹杂的、对低周疲劳寿命无影响的试样收集在一起，将这些试样源区夹杂的面积S_j和位置d_j作为待分析的参量；

4、建立夹杂面积S_j与位置d_j的散点二维图：以夹杂位置d_j为横坐标，夹杂面积S_j为纵坐标，利用所有对低周疲劳寿命无影响的试样源区夹杂面积S_j与位置d_j数据建立S与d之间的散点二维图；

5、估算对低周疲劳寿命无影响的特定位置下允许的缺陷面积S：

从散点二维图中找出两个最高点做一条直线S＝k+ld，则对低周疲劳寿命无影响的特定位置d下允许的夹杂面积S为：S≤k+ld。

本发明的优点是：提出了一种高温合金夹杂面积定量估算方法，能给出特定位置下对低周疲劳寿命无影响的夹杂的面积，进而为粉末高温合金的安全可靠使用提供了评价依据。

附图说明

图1是本发明实施例的夹杂面积S_j与位置d_j的散点二维图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。参见图1，一种高温合金夹杂面积定量估算方法，其特征在于：定量估算粉末高温合金中夹杂在特定位置下所允许的夹杂面积，估算的步骤如下：

1、含夹杂试样制备:利用超声无损检测的方法，分析粉末高温合金中的夹杂分布，在低周疲劳试样加工时，使夹杂位于试样长度方向的考核段，总的试样数量不少于30个，含夹杂的试样数量不少于10个，并对每个试样进行编号；

2、开展低周疲劳试验：根据用户给出的试验条件，在低周疲劳试验机上开展低周疲劳试验，直到试样断裂，记录每个试样的低周疲劳寿命N_i值，i＝1,2，……n，n为不小于30的自然数,对所有的试样断口源区在扫描电镜下进行观察，若源区含夹杂，则对夹杂的面积S_j和位置d_j进行测量和计算，方法是：将夹杂视为椭圆形，对椭圆的长轴和短轴分别用a_j,b_j表示，S_j＝πa_jb_j，d_j为夹杂的中心到试样圆周表面的最短距离，j＝1,2，……m，m为小于n的自然数；

3、收集对低周疲劳寿命无影响的试样源区夹杂的夹杂面积S和位置d：根据用户给出的低周疲劳寿命N₀的要求，若含夹杂的试样的低周疲劳寿命大于N₀，则判定该试样所含的夹杂对低周疲劳寿命无影响；将所有含夹杂的、对低周疲劳寿命无影响的试样收集在一起，将这些试样源区夹杂的面积S_j和位置d_j作为待分析的参量；

4、建立夹杂面积S_j与位置d_j的散点二维图：以夹杂位置d_j为横坐标，夹杂面积S_j为纵坐标，利用所有对低周疲劳寿命无影响的试样源区夹杂面积S_j与位置d_j数据建立S与d之间的散点二维图；

5、估算对低周疲劳寿命无影响的特定位置下允许的缺陷面积S：

从散点二维图中找出两个最高点做一条直线S＝k+ld，则对低周疲劳寿命无影响的特定位置d下允许的夹杂面积S为：S≤k+ld。

实施例

实施例的具体情况为：FGH99粉末高温合金，利用试验结果对所允许的夹杂面积进行估算。具体估算过程如下：

1、含夹杂试样制备:利用超声无损检测的方法，分析粉末高温合金中的夹杂分布，在低周疲劳试样加工时，使夹杂位置位于试样长度方向的考核段，试样总数量为113个，其中含夹杂的试样数量为51个；

2、开展低周疲劳试验：根据用户给出的试验条件，在650℃、应变范围Δε_t＝0.82％、应变比R＝0.05、频率0.33Hz条件下开展了低周疲劳试验，直到试样断裂，记录了每个试样的低周疲劳寿命N_i值,对所有低周疲劳试验断口疲劳源区进行观察，统计分析源区是否存在夹杂，对有夹杂的断口，记录其试样编号，将源区夹杂的两个方向的尺寸(a_j,b_j)进行测量，夹杂面积S_j＝πa_jb_j，将夹杂中心距离试样圆周表面的最短距离d_j也进行测量。源区缺陷的统计数据见表1；

表1缺陷试样数据统计

3、收集对低周疲劳寿命无影响的试样源区夹杂的夹杂面积S和位置d：根据用户给出的低周疲劳寿命N₀的要求，N₀＝25128，若含夹杂的试样的低周疲劳寿命大于N₀，则判定该试样所含的夹杂对低周疲劳寿命无影响；即表1中编号15及其以后的试样所含夹杂对低周疲劳寿命无影响，将所有含夹杂的、对低周疲劳寿命无影响的试样收集在一起，将这些试样源区夹杂的面积S_j和位置d_j作为待分析的参量；

4、建立夹杂面积S_j与位置d_j的散点二维图：以夹杂位置d_j为横坐标，夹杂面积S_j为纵坐标，利用所有对低周疲劳寿命无影响的试样源区夹杂面积S_j与位置d_j数据建立S与d之间的散点二维图；

5、估算对低周疲劳寿命无影响的特定位置下允许的缺陷面积S：参见图1，从散点二维图中找出两个最高点做一条直线S＝1.659d-4662.86,对低周疲劳寿命无影响的缺陷面积S为S≤1.659d-4662.86。

Claims (1)

1.一种高温合金夹杂面积定量估算方法，其特征在于：定量估算粉末高温合金中夹杂在特定位置下所允许的夹杂面积，估算的步骤如下：

1.1、含夹杂试样制备:利用超声无损检测的方法，分析粉末高温合金中的夹杂分布，在低周疲劳试样加工时，使夹杂位于试样长度方向的考核段，总的试样数量不少于30个，含夹杂的试样数量不少于10个，并对每个试样进行编号；

1.2、开展低周疲劳试验：根据用户给出的试验条件，在低周疲劳试验机上开展低周疲劳试验，直到试样断裂，记录每个试样的低周疲劳寿命N_i值，i＝1,2，……n，n为不小于30的自然数,对所有的试样断口源区在扫描电镜下进行观察，若源区含夹杂，则对夹杂的面积S_j和位置d_j进行测量和计算，方法是：将夹杂视为椭圆形，对椭圆的长轴和短轴分别用a_j,b_j表示，S_j＝πa_jb_j，d_j为夹杂的中心到试样圆周表面的最短距离，j＝1,2，……m，m为小于n的自然数；

1.3、收集对低周疲劳寿命无影响的试样源区夹杂的夹杂面积S和位置d：根据用户给出的低周疲劳寿命N₀的要求，若含夹杂的试样的低周疲劳寿命大于N₀，则判定该试样所含的夹杂对低周疲劳寿命无影响；将所有含夹杂的、对低周疲劳寿命无影响的试样收集在一起，将这些试样源区夹杂的面积S_j和位置d_j作为待分析的参量；

1.4、建立夹杂面积S_j与位置d_j的散点二维图：以夹杂位置d_j为横坐标，夹杂面积S_j为纵坐标，利用所有对低周疲劳寿命无影响的试样源区夹杂面积S_j与位置d_j数据建立S与d之间的散点二维图；

1.5、估算对低周疲劳寿命无影响的特定位置下允许的夹杂面积S：

从散点二维图中找出两个最高点做一条直线S＝k+ld，则对低周疲劳寿命无影响的特定位置d下允许的夹杂面积S为：S≤k+ld。

Images