CN111795878B - 一种用于测试材料服役后力学性能的测试件制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于航空叶片疲劳试验技术领域，特别涉及一种用于测试材料服役后力学性能的测试件制备方法。包括：步骤一：设计损伤预置件，并确定所述损伤预置件的结构尺寸，所述损伤预置件包括装夹段(1)以及工作段(2)；步骤二：加工所述损伤预置件；步骤三：根据所要制备的材料损伤程度制定试验载荷，并对所述损伤预置件进行试验加载，在所述损伤预置件的工作段(2)上获得相应损伤；步骤四：在完成损伤试验的所述损伤预置件上加工出性能测试件。本申请本申请的用于测试材料服役后力学性能的测试件制备方法，通过设计损伤预置件可完成所有常用力学性能测试，获得性能测试件的方法能够排除表面损伤的影响，测得真实的材料本体性能数据。

Description

一种用于测试材料服役后力学性能的测试件制备方法
技术领域
本申请属于航空叶片疲劳试验技术领域，特别涉及一种用于测试材料服役后力学性能的测试件制备方法。
背景技术
航空发动机及燃气轮机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要求。由于制造叶片采用的高温合金在长时服役过程中可能会产生组织演变和性能衰减，了解材料在服役工况条件下的组织、性能变化情况，以及服役载荷、温度等指标对这种变化的影响在叶片等航空发动机高温部件强度设计和寿命评估中有重要作用。
目前工程上大量使用的测试手段可以对原始组织状态的材料在特定温度、载荷条件下的各项力学性能，较少涉及材料在服役一定时间后，可能产生性能变化的测试。现有的类似试验方法主要有两种：一种是在经过服役的真实件上取样进行测试，但由于疲劳、蠕变等性能的测试对试验件尺寸结构有一定要求，一般无法完成此类试验；另一种是采用试样模拟损伤过程后来继续试验进行性能测试，该方法无法排除前期试验中表面的氧化等损伤影响，测试结构偏离材料本体的真实性能。目前尚无能够较全面、较真实的完成带损伤材料各项常见力学性能测试的试验方法。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种用于测试材料服役后力学性能的测试件制备方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种用于测试材料服役后力学性能的测试件制备方法，包括：
步骤一：设计损伤预置件，并确定所述损伤预置件的结构尺寸，所述损伤预置件包括：装夹段以及工作段；
步骤二：加工所述损伤预置件；
步骤三：根据所要制备的材料损伤程度制定试验载荷，并对所述损伤预置件进行试验加载，在所述损伤预置件的工作段上获得相应损伤；
步骤四：在完成损伤试验的所述损伤预置件上加工出性能测试件。
可选地，步骤一中，所述工作段包括测试件取样区，所述测试件取样区的两端均连接有损伤抑制区。
可选地，每个所述工作段包括多个测试件取样区以及对应的损伤抑制区。
可选地，步骤一中，所述工作段还包括组织检查区。
可选地，步骤四中，所述性能测试件包括从所述测试件取样区以及损伤抑制区获取的性能测试样本，以及从所述组织检查区获取的组织分析样本。
可选地，步骤四中，所述在完成损伤试验的所述损伤预置件上加工出性能测试件的步骤依次包括：对所述损伤预置件的工作段进行粗车、精车、螺纹加工、工作段磨削。
可选地，步骤三中，通过材料试验机以及高温炉对所述损伤预置件进行试验加载。
可选地，所述损伤预置件的装夹段通过外螺纹与材料试验机的夹头连接。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的用于测试材料服役后力学性能的测试件制备方法，通过设计损伤预置件可完成所有常用力学性能测试，获得性能测试件的方法能够排除表面损伤的影响，测得真实的材料本体性能数据。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的损伤预置件示意图；
图2是本申请另一个实施方式的损伤预置件示意图。
其中：
1-装夹段；2-工作段；3-测试件取样区；4-组织检查区；5-组织分析样本；6-损伤抑制区。
具体实施方式
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。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种用于测试材料服役后力学性能的测试件制备方法，包括：
步骤一：设计损伤预置件，并确定损伤预置件的结构尺寸，损伤预置件包括装夹段以及工作段；
步骤二：加工损伤预置件；
步骤三：根据所要制备的材料损伤程度制定试验载荷，并对损伤预置件进行试验加载，在损伤预置件的工作段上获得相应损伤；
步骤四：在完成损伤试验的损伤预置件上加工出性能测试件。
具体的，本申请中设计的损伤预置件包括装夹段1以及工作段2，装夹段1设置有外螺纹，用于通过外螺纹与试验机夹头连接并负责传递载荷；工作段2为施加试验目标温度和应力部位，负责模拟出所要求的服役损伤。
在本申请的一个实施方式中，如图1所示，工作段2包括测试件取样区3，测试件取样区3的两端均连接有损伤抑制区6，测试件取样区3及损伤抑制区6为带损伤力学性能测试件取样位置，模拟损失后在该部位取出虚线所示的性能测试样本，损伤抑制区6部位的截面积显著大于模拟件工作段，损伤程度也相对较低，对应带损伤力学性能测试件的夹持部位，获得损伤较低、性能较好的夹持部位，避免后续性能试验于该部位破坏导致试验失败，装夹段1也可以作为损伤抑制区6。
有利的是，本实施例中，工作段2还包括组织检查区4，该部位与模拟件工作段实验条件完全一致，因此组织演化也与带损伤力学性能测试件完全一致，可用于获取组织分析样本5。
有利的是，本实施例中，损伤预置件可采用串联结构，每个工作段2包括多个测试件取样区3以及对应的损伤抑制区6，可在一个损伤预置件上取出多个性能测试样本。
本实施例中按照图1设计的损伤预置件可完成多种简单结构测试件，如强度、高温持久、高周疲劳、低周疲劳、旋转弯曲疲劳等测试件的制备。
在本申请的另一个实施方式中，如图2所示，对于稍复杂的带台肩试验件，如蠕变试验件等，可按照类似方法设计。
本申请的用于测试材料服役后力学性能的测试件制备方法，在完成损伤预置件设计之后，根据所需测试的项目，确定损伤预置件具体的结构尺寸，包括：装夹段1、工作段2的测试件取样区3、组织检查区4、损伤抑制区6各段的长度和直径；然后通过铸造、机械加工等方式加工损伤预置件；然后对损伤预置件进行服役损伤模拟试验，具体包括：根据所要制备的材料损伤程度，制定相应的试验载荷(P，轴向)、温度(T)、时间(t)等参数，利用材料试验机以及高温炉完成试验加载过程，在损伤预置件的工作段上获得相应损伤，本实施例中，损伤预置件的装夹段1通过外螺纹与材料试验机的夹头连接。最后完成性能测试件加工，从上述完成损伤模拟的损伤预置件上按要求加工出性能测试件，采用机械加工等方式去除多余材料，加工出性能测试件的步骤依次包括：对损伤预置件的工作段2进行粗车、精车、螺纹加工、工作段磨削，加工出的性能测试件用于后续性能测试。在本申请的一个实施方式中，最后加工出的性能测试件包括从测试件取样区3以及损伤抑制区6获取的性能测试样本，以及从组织检查4获取的组织分析样本5。
本申请的用于测试材料服役后力学性能的测试件制备方法，设计的带损伤预置件设计方法及试验流程，可完成所有常用力学性能测试；获得的性能测试件的方法能够排除表面损伤的影响，测得真实的材料本体性能数据；采用串联试验节约试验周期、费用和能源消耗。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种用于测试材料服役后力学性能的测试件制备方法，其特征在于，包括：
步骤一：设计损伤预置件，并确定所述损伤预置件的结构尺寸，所述损伤预置件包括装夹段(1)以及工作段(2)；
所述损伤预置件采用串联结构，所述工作段(2)包括测试件取样区(3)，所述测试件取样区(3)的两端均连接有损伤抑制区(6)，每个所述工作段(2)包括多个测试件取样区(3)以及对应的损伤抑制区(6)；
所述工作段(2)还包括组织检查区(4)；
步骤二：加工所述损伤预置件；
步骤三：根据所要制备的材料损伤程度制定试验载荷，并对所述损伤预置件进行试验加载，在所述损伤预置件的工作段(2)上获得相应损伤；
步骤四：在完成损伤试验的所述损伤预置件上加工出性能测试件；
所述性能测试件包括从所述测试件取样区(3)以及损伤抑制区(6)获取的性能测试样本，以及从所述组织检查区(4)获取的组织分析样本(5)。
2.根据权利要求1所述的用于测试材料服役后力学性能的测试件制备方法，其特征在于，步骤四中，所述在完成损伤试验的所述损伤预置件上加工出性能测试件的步骤依次包括：对所述损伤预置件的工作段(2)进行粗车、精车、螺纹加工、工作段磨削。
3.根据权利要求1所述的用于测试材料服役后力学性能的测试件制备方法，其特征在于，步骤三中，通过材料试验机以及高温炉对所述损伤预置件进行试验加载。
4.根据权利要求3所述的用于测试材料服役后力学性能的测试件制备方法，其特征在于，所述损伤预置件的装夹段(1)通过外螺纹与材料试验机的夹头连接。
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基于损伤力学的复杂航空构件疲劳寿命预估;赵玺等;《应用力学学报》;20200615(第03期);全文 *

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