CN113916677A - 薄壁单晶高温合金大温度梯度下蠕变持久性能的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种铸造薄壁单晶高温合金大温度梯度下蠕变及持久性能的测试方法，具体为：1)将薄壁样品的两端夹持在带有冷却结构的夹具上；2)利用加热装置对薄壁样品中心部位进行加热，同时开启夹具上的冷却结构，对薄壁样品两端进行冷却；3)通过调整加热装置和冷却结构的功率建立起样品两端与中心部位的大温度梯度分布：(To‑T1)/(样品有效测试距离/2)；4)利用加力装置对样品两端加力至所需值，采集薄壁样品的大温度梯度下蠕变或持久性能数据。该方法可模拟实际工况，使单晶高温合金大温度梯度下蠕变及持久性能的测试更加准确，以满足叶片薄壁性能表征及测试要求。

Description

薄壁单晶高温合金大温度梯度下蠕变持久性能的测试方法
技术领域
本发明属于高温合金领域，特别提供一种薄壁单晶高温合金大温度梯度条件下蠕变持久性能的测试方法。
背景技术
单晶高温合金具有良好的抗氧化性能、抗腐蚀性能、抗高温蠕变抗力及持久性能，在航空发动机、地面燃气轮机中热端关键部件中都得到了广泛应用。为提高发动机的热效率，叶片需具良好的承高温能力，合金材料自身的承高温能力已达到极限，因此必须采用气体冷却技术。高效的冷却技术导致叶片内腔结构日趋复杂，同时，叶片的壁厚也变得更薄，最薄处只有0.3-0.6mm。
目前，涡轮叶片与导向叶片表面的工作温度已达2000K左右，而内腔温度只有几百K，叶片壁厚截面方向具有很大的温度梯度，这导致在壁厚截面上存在很大的温度梯度，推算这个温度梯度量级约为1000K/cm，而叶片常用合金的蠕变持久寿命通常都是采用标准试样在恒定温度下测量的，这与叶片的实际工况条件存在很大的区别，常规测量方法已不能代表叶片实际的工况性能指标。因此，必须采用新的测量方法及设备才能满足实际叶片的工况性能测试要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铸造薄壁单晶高温合金大温度梯度下蠕变及持久性能的测试方法，该方法可模拟实际工况，使单晶高温合金大温度梯度下蠕变及持久性能的测试更加准确，可很好的满足叶片薄壁性能表征及测试要求。
本发明技术方案如下：
一种薄壁单晶高温合金大温度梯度下蠕变持久性能的测试方法，其特征在于，具体测试步骤如下：
1)将薄壁样品的两端夹持在带有冷却结构的夹具上；
2)利用加热装置对薄壁样品中心部位进行加热，同时开启夹具上的冷却结构，对薄壁样品两端进行冷却；
3)通过调整加热装置和冷却结构的功率建立起样品两端与中心部位的大温度梯度分布：(To-T1)/(样品有效测试距离/2)；
4)利用加力装置对样品两端加力至所需值，采集薄壁样品的大温度梯度下蠕变或持久性能数据。
本发明所述方法特别适用于薄壁单晶高温合金，因此所述薄壁样品长度m为20-50mm，截面厚度a为0.3-1mm，有效测试距离为10-20mm。所述薄壁样品的材质可以为DD413、DD6、DD33、PWA1483、PWA1484、CMSX-4、CMSX-6等单晶高温合金中的一种。
本发明所述冷却结构中冷却水的温度为20-30℃，所述加热装置为激光加热装置，功率在500-5000W范围内可调。采用样品两端低温冷却的方式获得低温，对样品中部采用激光加热装置进行快速加热，可建立等工况条件下的大温度梯度分布。测试时，所述薄壁样品中心部位加热最高温度为1300℃，样品两端与中心部位的大温度梯度范围控制在500-1280K/cm。
为了使测试结果更加准确，本发明采用的薄壁样品的测试数量至少为10个，并取样品的平均值作为最终的测试值。
本发明利用可控温热源局部快速加热，获得样品中间局部高温；样品两端采用低温冷却方式获得低温，建立等工况条件下的大温度梯度分布，从而满足薄壁样品大温度梯度条件下蠕变持久性能测试要求。
附图说明
图1本发明实施例所用测试装置结构简图(未连接加力装置)。
图2本发明实施例所用测试装置结构简图。
附图标记：1、薄壁样品，2固定螺栓，3样品夹具，4冷却结构，5冷却水管，6快速加热装置，7热电偶，8固定销，9加力装置。
具体实施方式
本发明所用测试装置结构如图1、2所示，所述装置包括样品夹具3、冷却结构4、加力装置9，其中，所述样品夹具3的一端固定在冷却结构4上，另一端为可活动结构，可通过固定螺栓2将薄壁样品1夹持在样品夹具3上；冷却结构4内设有冷却水管5；冷却结构4通过固定销8固定在加力装置9上；在薄壁样品1中心部位两侧设有快速加热装置6，且薄壁样品1的两端以及中间部位均设有热电偶7。
铸造薄壁单晶高温合金大温度梯度下蠕变及持久性能的测试步骤如下：
1)将薄壁样品1的两端夹持在样品夹具3上；
2)利用快速加热装置6对薄壁样品1中心部位进行加热，同时开启冷却结构4，对薄壁样品1两端进行冷却；
3)通过调整快速加热装置6和冷却结构4的功率建立起薄壁样品1两端与中心部位的大温度梯度分布：(To-T1)/(样品有效测试距离/2)；
4)利用加力装置9对薄壁样品1两端加力至所需值，采集薄壁样品1的大温度梯度下蠕变或持久性能数据。
实施例1
薄壁样品1长度为20mm，截面厚度为0.5mm，有效测试距离为10mm，薄壁样品1的材质为DD413单晶高温合金；
薄壁样品1通过固定螺栓2固定在样品夹具3上，样品夹具3及固定螺栓2材质为K438耐氧化高温合金；采用固定销8将冷却结构4与加力装置9固定在一起，固定销8材质为普通碳素钢；
通冷却水，保证样品夹具3处于冷却状态，采用激光加热装置对薄壁样品1中心部位进行加热，功率800W；利用热电偶7分别测试样品两端及中部的温度值，样品端部及中间部位热电偶7的数量各为1个；薄壁样品1中部位置加热最高温度为1000℃；薄壁样品1两端的温度为25℃，温度梯度为1950K/cm；开启加力装置加力至220MPa，采集薄壁样品1大温度梯度下的持久性能数据。
薄壁样品1的测试数量至少为10个样品并取样品的平均值作为最终的测试，测试结果为0.4小时。
实施例2
薄壁样品1长度为40mm，截面厚度为0.3mm，有效测试距离为20mm，薄壁样品1的材质为DD33单晶高温合金；
薄壁样品1通过固定螺栓2固定在样品夹具3上，样品夹具3及固定螺栓2材质为K441耐氧化高温合金；采用固定销8将冷却结构4与加力装置9固定在一起，固定销8材质为普通碳素钢；
通冷却水，保证样品夹具3处于冷却状态，采用激光加热装置对薄壁样品1中心部位进行加热，双面对称方式加热样品，功率500W；利用热电偶7分别测试样品两端及中部的温度值，样品端部及中间部位热电偶7的数量各为2个；薄壁样品1中部位置加热最高温度为1050℃；薄壁样品1两端的温度为30℃，温度梯度为1020K/cm；加力250MPa，采集薄壁样品1大温度梯度下的持久性能数据。
薄壁样品1的测试数量至少为10个样品并取样品的平均值作为最终的测试值，测试结果为8小时。
实施例3
薄壁样品1长度为50mm，截面厚度为1mm，有效测试距离为20mm，薄壁样品1的材质为PWA1483单晶高温合金；样品固定方法与实施例1相同，薄壁样品1中部位置加热最高温度为1000℃；薄壁样品1两端的温度为30℃，温度梯度为970K/cm；开始加力至220MPa，采集薄壁样品1大温度梯度下的蠕变或持久性能数据。
薄壁样品1的测试数量至少为10个样品并取样品的平均值作为最终的测试值，测试结果为0.9小时。
实施例4
薄壁样品1长度为30mm，截面厚度范围为0.6mm，有效测试距离为20mm，薄壁样品1的材质为DD33单晶高温合金；样品固定方法与实施例1相同，薄壁样品1中部位置加热最高温度为1150℃；薄壁样品1两端的温度为30℃，温度梯度为1120K/cm；开始加力至140MPa，采集薄壁样品1大温度梯度下的蠕变性能数据。
薄壁样品1的测试数量至少为10个样品并取样品的平均值作为最终的测试值，测试结果为0.9小时。
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种薄壁单晶高温合金大温度梯度下蠕变持久性能的测试方法，其特征在于，具体测试步骤如下：
1)将薄壁样品的两端夹持在带有冷却结构的夹具上；
2)利用加热装置对薄壁样品中心部位进行加热，同时开启夹具上的冷却结构，对薄壁样品两端进行冷却；
3)通过调整加热装置和冷却结构的功率建立起样品两端与中心部位的大温度梯度分布：(To-T1)/(样品有效测试距离/2)；
4)利用加力装置对样品两端加力至所需值，采集薄壁样品的大温度梯度下蠕变或持久性能数据。
2.按照权利要求1所述薄壁单晶高温合金大温度梯度下蠕变持久性能的测试方法，其特征在于：所述薄壁样品长度m为20-50mm，截面厚度a为0.3-1mm，有效测试距离为10-20mm。
3.按照权利要求1所述薄壁单晶高温合金大温度梯度下蠕变持久性能的测试方法，其特征在于：所述薄壁样品的材质为DD413、DD6、DD33、PWA1483、PWA1484、CMSX-4、CMSX-6单晶高温合金中的一种。
4.按照权利要求1所述薄壁单晶高温合金大温度梯度下蠕变持久性能的测试方法，其特征在于：所述冷却结构中冷却水的温度为20-30℃。
5.按照权利要求1所述薄壁单晶高温合金大温度梯度下蠕变持久性能的测试方法，其特征在于：所述加热装置为激光加热装置，功率在500-5000W范围内可调。
6.按照权利要求1所述薄壁单晶高温合金大温度梯度下蠕变持久性能的测试方法，其特征在于：所述薄壁样品中心部位加热最高温度为1300℃，样品两端与中心部位的大温度梯度范围为500-1280K/cm。
7.按照权利要求1所述薄壁单晶高温合金大温度梯度下蠕变持久性能的测试方法，其特征在于：所述薄壁样品的测试数量至少为10个，并取样品的平均值作为最终的测试值。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003114177A (ja) * 2001-10-02 2003-04-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 熱サイクルクリープ疲労の試験片、その試験装置、及び、その試験方法
CN101762452A (zh) * 2010-01-06 2010-06-30 湘潭大学 一种用于模拟和实时测试高温部件热疲劳失效的试验装置
CN105043897A (zh) * 2015-08-10 2015-11-11 北京航空航天大学 一种单晶硅小尺寸试件高温蠕变性能四点弯测试系统及方法
CN106802254A (zh) * 2016-12-26 2017-06-06 深圳中广核工程设计有限公司 高温度梯度热处理装置及其使用方法
CN109000911A (zh) * 2018-06-26 2018-12-14 哈尔滨电气股份有限公司 一种用于叶片热机械疲劳-蠕变的试验装置
CN109797273A (zh) * 2019-04-02 2019-05-24 西北工业大学 一种棒状材料梯度热处理装置及热处理方法
CN110320117A (zh) * 2019-07-15 2019-10-11 泰州市金鹰精密铸造有限公司 基于单晶叶片蠕变性能的测试方法
CN216484395U (zh) * 2021-09-30 2022-05-10 潍坊科技学院 薄壁单晶高温合金大温度梯度下蠕变持久性能的测试装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003114177A (ja) * 2001-10-02 2003-04-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 熱サイクルクリープ疲労の試験片、その試験装置、及び、その試験方法
CN101762452A (zh) * 2010-01-06 2010-06-30 湘潭大学 一种用于模拟和实时测试高温部件热疲劳失效的试验装置
CN105043897A (zh) * 2015-08-10 2015-11-11 北京航空航天大学 一种单晶硅小尺寸试件高温蠕变性能四点弯测试系统及方法
CN106802254A (zh) * 2016-12-26 2017-06-06 深圳中广核工程设计有限公司 高温度梯度热处理装置及其使用方法
CN109000911A (zh) * 2018-06-26 2018-12-14 哈尔滨电气股份有限公司 一种用于叶片热机械疲劳-蠕变的试验装置
CN109797273A (zh) * 2019-04-02 2019-05-24 西北工业大学 一种棒状材料梯度热处理装置及热处理方法
CN110320117A (zh) * 2019-07-15 2019-10-11 泰州市金鹰精密铸造有限公司 基于单晶叶片蠕变性能的测试方法
CN216484395U (zh) * 2021-09-30 2022-05-10 潍坊科技学院 薄壁单晶高温合金大温度梯度下蠕变持久性能的测试装置

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