CN109238107A - 用于镍基单晶高温合金叶片取向偏离角度的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量方法，尤其是公开了一种用于镍基单晶高温合金叶片取向偏离角度的测量方法，属于铸造产品检测工艺方法技术领域。提供一种工艺过程简单，测量过程对环境和检验人员身体健康没有危害的用于镍基单晶高温合金叶片取向偏离角度的测量方法。所述的测量方法通过腐蚀显示出镍基单晶高温合金叶片的一次枝晶干，然后采用通用测量装备分别测量出一次枝晶干与垂直轴平面和水平轴平面的夹角δ和γ，最后通过下述公式计算获得镍基单晶高温合金叶片[001]方向偏离叶片主轴方向的角度θ，所述的计算公式为θ＝arccos(cosγ·cosδ)。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量方法，尤其是涉及一种用于镍基单晶高温合金叶片取向偏离角度的测量方法，属于铸造产品检测工艺方法技术领域。
背景技术
单晶高温合金叶片由于消除内部可作为裂纹源的横纵向晶界，因而具有较好的高温蠕变性能和抗疲劳性能，被广泛应用于制造航空发动机涡轮叶片，同时在工业燃气轮机也有重要应用。
镍基单晶高温合金具有[001]的择优取向，该方向具有最小的弹性模量，可以减少热循环应力，因而要求[001]方向与最大载荷方向即叶片轴向一致，但在实际铸件生产中，由于固液界面波动、热流方向与叶片轴向不一致，致使晶体[001]方向与叶片轴向存在偏离。晶体取向与轴向偏角增大，铸件的强度和寿命的分散度均会增大。因此，取向偏离角度是单晶高温合金叶片重要的技术指标，取向偏离角度检验的准确性直接影响到发动机的安全和寿命。
Laue法是国内外叶片制造厂广泛使用的单晶叶片晶体取向测试方法，但其需要通过研磨抛光、化学/电化学腐蚀等过程获得一无应力检测面，工艺过程复杂，并且Laue法属于X射线检测法，对环境和检验人员身体健康也可能造成一定程度的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种工艺过程简单，测量过程对环境和检验人员身体健康没有危害的用于镍基单晶高温合金叶片取向偏离角度的测量方法。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于镍基单晶高温合金叶片取向偏离角度的测量方法，所述的测量方法通过腐蚀显示出镍基单晶高温合金叶片的一次枝晶干，然后采用通用测量装备分别测量出一次枝晶干与垂直轴平面和水平轴平面的夹角δ和γ，最后通过下述公式计算获得镍基单晶高温合金叶片[001]方向偏离叶片主轴方向的角度θ，
所述的计算公式为θ＝arccos(cosγ·cosδ)。
进一步的是，所述的通用测量装备为量角器。
进一步的是，所述的通用测量装备为附带测角功能的体视显微镜。
上述方案的优选方式是，在通过腐蚀显示镍基单晶高温合金叶片的一次枝晶干时采用的是腐蚀液腐蚀镍基单晶高温合金叶片的表面获得的。
进一步的是，所述的腐蚀液为FeCl3-HCl腐蚀剂。
上述方案的优选方式是，每一份所述的FeCl3-HCl腐蚀剂分别包含10g FeCl3、120mL H2O和30mL HCl。
进一步的是，所述的腐蚀液为H2O2-HCl现配腐蚀剂。
上述方案的优选方式是，所述的H2O2-HCl现配腐蚀剂的H2O2:HCl按1:10的体积比现场配制获得。
本发明的有益效果是：本申请提供的测量方法仅需要进行一次腐蚀，并显示出镍基单晶高温合金叶片的一次枝晶干即可，然后再采用测量装备分别测量出一次枝晶干与垂直轴平面和水平轴平面的夹角δ和γ并通过公式计算即可，完全摒弃了研磨抛光以及通过X射线来测量单晶叶片取向偏离角度的操作，不仅测量结果更加简单、方便、准确，而且整个过程中只进行了一次化学腐蚀，操作过程也相当简单，更没有对环境和检测人员的人身造成危害的有害操作工位。更为关键的是测量速度快，工作效率高，能满足大批量生产的要求。
附图说明
图1为本发明的测量方法涉及到的镍基单晶高温合金叶片三维示意图；
图2为本发明的测量方法涉及到的一次枝晶干与水平轴平面的夹角δ的示意图；
图3为本发明的测量方法涉及到的一次枝晶干与垂直轴平面的夹角γ的示意图。
图中标记为：水平轴平面1、垂直轴平面2、叶片主轴3、榫头4、一次枝晶干5。
具体实施方式
如图1、图2以及图3所示是本发明提供的一种工艺过程简单，测量过程对环境和检验人员身体健康没有危害的用于镍基单晶高温合金叶片取向偏离角度的测量方法。所述的测量方法通过一次腐蚀获得镍基单晶高温合金叶片的一次枝晶干5，然后采用通用测量装备分别测量出一次枝晶干与垂直轴平面2和水平轴平面1的夹角δ和γ，最后通过下述公式计算获得镍基单晶高温合金叶片[001]方向偏离叶片主轴方向的角度θ，所述的计算公式为θ＝arccos(cosγ·cosδ)。本申请提供的测量方法仅需要进行一次腐蚀，并显示出镍基单晶高温合金叶片的一次枝晶干即可，然后再采用测量装备测量分别测量出一次枝晶干与垂直轴平面2和水平轴平面1的夹角δ和γ，并通过公式计算即可，完全摒弃了研磨抛光以及通过X射线来测量单晶叶片取向偏离角度的操作，不仅测量结果更加简单、方便、准确，而且整个过程中只进行了一次化学腐蚀，操作过程也相当简单，更没有对环境和检测人员的人身造成危害的有害操作工位。更为关键的是测量速度快，工作效率高，能满足大批量生产的要求。当然，为了侧量的方便和准确，附图中还定义了水平轴平面1和垂直轴平面2，该两个平面的交叉线即为叶片的主轴3。
上述实施方式中，为了不同生产规模的企业适应，以满足技术的推广，本申请所述的通用测量装备为普通的量角器或也可以为测量精度更高，操作更方便的附带测角功能的体视显微。并且在通过一次腐蚀获得镍基单晶高温合金叶片的一次枝晶干时尽可以的采用的腐蚀液腐蚀镍基单晶高温合金叶片的表面获得的。
此时，本申请所述的腐蚀液为FeCl3-HCl腐蚀剂，也可以是H2O2-HCl现配腐蚀剂。当采用FeCl3-HCl腐蚀剂时，其具体的组份要求为每一份所述的FeCl3-HCl腐蚀剂分别包含10gFeCl3、120mL H2O和30mL HCl。当采用H2O2-HCl现配腐蚀剂时，其具体的组分为所述的H2O2-HCl现配腐蚀剂的H2O2:HCl按1:10的体积比现场配制获得。
综上所述，与现有技术相比，本申请的一种单晶高温合金叶片取向偏离角度的测量方法还具有以下优点，即根据单晶叶片内部主要相晶体[001]方向近似平行于一次枝晶干方向，通过使用一次枝晶干偏离单晶叶片轴向的角度，间接表示晶体[001]方向偏离叶片轴向的角度，能够简单、快速且较准确的测量单晶高温合金叶片取向偏离角度，同时节约了检测成本。
实施例1
某型发动机高压涡轮转子叶片取向偏离角度测量；
第一步：使用H2O2:HCl体积为3:7的现配腐蚀剂对单晶高温合金叶片进行腐蚀，清晰显示出一次枝晶干；第二步：使用量角器，按图2方式，测得δ＝11.5°，γ＝1.5°；第三步：取向偏离角θ＝arccos(cosγ·cosδ)＝11.6°。
采用单晶定向仪(Laue法)测得该单晶叶片的取向偏离角度为11.9°，满足检测工艺要求。
实施例2
某型燃气轮机高压转子叶片取向偏离角度测量；
第一步：使用H2O2:HCl体积为1:10的现配腐蚀剂对单晶高温合金叶片进行腐蚀，清晰显示出一次枝晶干；第二步：使用体视显微镜附带测角功能，图2方式，测得δ＝3.0°，γ＝2.1°；第三步：取向偏离角θ＝arccos(cosγ·cosδ)＝3.7°。
采用单晶定向仪(Laue法)测得该单晶叶片的取向偏离角度为3.5°，满足检测工艺要求。
实施例3
某型发动机高压涡轮转子叶片取向偏离角度测量；
第一步：使用FeCl3-HCl腐蚀剂(10g FeCl3、120mL H2O、30mL HCl)对单晶高温合金叶片进行腐蚀，清晰显示出一次枝晶干；第二步：量角器，按图2方式，测得δ＝10.0°，γ＝4.5°；第三步：取向偏离角θ＝arccos(cosγ·cosδ)＝11.0°。
采用单晶定向仪(Laue法)测得该单晶叶片的取向偏离角度为10.1°，满足检测工艺要求。
实施例4
某型发动机高压涡轮转子叶片取向偏离角度测量；
第一步：使用FeCl3-HCl腐蚀剂(10g FeCl3、120mL H2O、30mL HCl)对单晶高温合金叶片进行腐蚀，清晰显示出一次枝晶干；第二步：使用体视显微镜附带测角功能，按图2方式，测得δ＝2.8°，γ＝2.0°；第三步：取向偏离角θ＝arccos(cosγ·cosδ)＝3.4°。
采用单晶定向仪(Laue法)测得该单晶叶片的取向偏离角度为4.2°，满足检测工艺要求。
凡是在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于镍基单晶高温合金叶片取向偏离角度的测量方法，其特征在于：所述的测量方法通过腐蚀显示出镍基单晶高温合金叶片的一次枝晶干(5)，然后采用通用测量装备分别测量出一次枝晶干(5)与垂直轴平面(2)和水平轴平面(1)的夹角δ和γ，最后通过下述公式计算获得镍基单晶高温合金叶片[001]方向偏离叶片主轴(3)方向的角度θ，
所述的计算公式为θ＝arccos(cosγ·cosδ)。
2.根据权利要求1所述的用于镍基单晶高温合金叶片取向偏离角度的测量方法，其特征在于：所述的通用测量装备为量角器。
3.根据权利要求1所述的用于镍基单晶高温合金叶片取向偏离角度的测量方法，其特征在于：所述的通用测量装备为附带测角功能的体视显微镜。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于镍基单晶高温合金叶片取向偏离角度的测量方法，其特征在于：在通过腐蚀显示镍基单晶高温合金叶片的一次枝晶干时采用的是腐蚀液腐蚀镍基单晶高温合金叶片的表面获得的。
5.根据权利要求4所述的用于镍基单晶高温合金叶片取向偏离角度的测量方法，其特征在于：所述的腐蚀液为FeCl3-HCl腐蚀剂。
6.根据权利要求5所述的用于镍基单晶高温合金叶片取向偏离角度的测量方法，其特征在于：每一份所述的FeCl3-HCl腐蚀剂分别包含10g FeCl3、120mL H2O和30mL HCl。
7.根据权利要求4所述的用于镍基单晶高温合金叶片取向偏离角度的测量方法，其特征在于：所述的腐蚀液为H2O2-HCl现配腐蚀剂。
8.根据权利要求7所述的用于镍基单晶高温合金叶片取向偏离角度的测量方法，其特征在于：所述的H2O2-HCl现配腐蚀剂的H2O2:HCl按1:10的体积比现场配制获得。
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