CN114154375A - 一种高温合金可控梯度组织的实现方法和装置 - Google Patents

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熊江英
刘孝山
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Abstract

本发明提供一种高温合金可控梯度组织的实现方法和装置，包括：通过有限元的方法建立有限元模型，计算出试棒的温度场分布；通过试验测量，确定吸热块、保温层对温度场的影响规律，并校正所述有限元模型，建立符合实际的理论计算模型；调整必要的参数，实现梯度组织的可控设计。为研究梯度组织的性能提供试验样本，避免了直接使用大型盘件进行相关研究，能极大的节约试验经费，缩短试验周期。

Description

一种高温合金可控梯度组织的实现方法和装置
技术领域
本发明涉及高温合金技术领域，具体地，涉及一种高温合金可控梯度组织的实现方法和装置。
背景技术
随着世界各国航空技术的发展，对发动机的性能要求越来越高，主要表现在推重比的逐年提高，高推重比发动机涡轮盘要求承受较高的工作温度、较长的服役寿命。双性能粉末涡轮盘因为充分发挥了材料的性能潜力更好的满足涡轮盘不同部位不同实际工况条件而得到广泛应用。单合金双性能涡轮盘是目前研究的热点，其梯度组织的实现方式及性能特点更是研究的重点，但是还缺少较好的方法。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种高温合金可控梯度组织的实现方法和装置，以便解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种高温合金可控梯度组织的实现方法，包括：
通过有限元的方法建立有限元模型，计算出试棒的温度场分布；
通过试验测量，确定吸热块、保温层对温度场的影响规律，并校正所述有限元模型，建立符合实际的理论计算模型；
调整必要的参数，实现梯度组织的可控设计。
可选地，所述通过有限元的方法建立有限元模型具体包括：
建立试棒、吸热块、保温层的有限元模型；
定义不同部位的热边界，其中外表面定义热辐射换热边界，吸热块与保温层、吸热块与试棒、保温层与试棒均定义为接触换热。
可选地，所述调整必要的参数具体包括：调整如下至少一种：保温层的尺寸、吸热块的大小、试棒的嵌入深度和加热区域。
本发明还提供一种实现高温合金可控梯度组织的装置，包括：
计算单元，用于通过有限元的方法建立有限元模型，计算出试棒的温度场分布；
建立单元，用于通过试验测量，确定吸热块、保温层对温度场的影响规律，并校正所述有限元模型，建立符合实际的理论计算模型；
调整单元，用于调整必要的参数，实现梯度组织的可控设计。
可选地，所述计算单元，具体用于：
建立试棒、吸热块、保温层的有限元模型；
定义不同部位的热边界，其中外表面定义热辐射换热边界，吸热块与保温层、吸热块与试棒、保温层与试棒均定义为接触换热。
可选地，所述调整单元，具体用于：调整如下至少一种：保温层的尺寸、吸热块的大小、试棒的嵌入深度和加热区域。
本发明的有益效果是：为研究梯度组织的性能提供试验样本，避免了直接使用大型盘件进行相关研究，能极大的节约试验经费，缩短试验周期。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例的一种高温合金可控梯度组织的实现方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的有限元模型及边界设置示意图；
图3为本发明实施例的有限元模型的计算结果示意图；
图4为本发明实施例的试验模型及测点布置示意图；
图5为本发明实施例的测点位置示意图；
图6为本发明实施例的改变加热区的长度示意图；
图7为本发明实施例的不同加热区域的试棒温度分布示意图；
图8为本发明实施例的试棒不同区域的微观组织图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，示出了本发明实施例的一种高温合金可控梯度组织的实现方法，包括：
S101、通过有限元的方法建立有限元模型，计算出试棒的温度场分布；
S102、通过试验测量，确定吸热块、保温层对温度场的影响规律，并校正所述有限元模型，建立符合实际的理论计算模型；
S103、调整必要的参数，实现梯度组织的可控设计。
可选地，如图2所示，所述通过有限元的方法建立有限元模型具体包括：
建立试棒、吸热块、保温层的有限元模型；
定义不同部位的热边界，其中外表面定义热辐射换热边界，吸热块与保温层、吸热块与试棒、保温层与试棒均定义为接触换热。
如图3所示，计算结果表明，通过这种方式的组合，试棒能够形成温度梯度分布。
可选地，通过试验测量(各测点的温度)，如图4和图5所示，确定吸热块、保温层对温度场的影响规律，通过校正有限元模型，从而建立符合实际的理论计算模型。
最终测点的计算结果与实测值(120分钟炉体从室温升温至1190℃，然后1190℃保温165分钟)如下表所示：
表1各测点计算与试验值对比
测点编号 1# 2# 3# 4# 5# 6#
计算 1189.2 1183.0 1172.6 1150.5 1149.3 1149.2
试验 1193.4 1185.7 1175.4 1154.2 1150.1 1145.3
可选地，通过调整必要的参数，比如调整如下至少一种：保温层的尺寸、吸热块的大小、试棒的嵌入深度和加热区域，实现梯度组织的可控设计，如图6所示，本例仅改变加热区域，如图7所示为不同加热区域的试棒温度分布(从上至下，加热区分别为25mm/40mm/50mm)。
依据计算结果，进行试棒的热处理，并进行微观组织观察，如图8所示，结果表明：此方法，通过设计好的保温层、吸热块大小、加热区域的大小能够形成需要的温度分布，试棒形成了不同的梯度组织，从而实现了组织分布的可控。
本发明还提供一种实现高温合金可控梯度组织的装置，包括：
计算单元，用于通过有限元的方法建立有限元模型，计算出试棒的温度场分布；
建立单元，用于通过试验测量，确定吸热块、保温层对温度场的影响规律，并校正所述有限元模型，建立符合实际的理论计算模型；
调整单元，用于调整必要的参数，实现梯度组织的可控设计。
可选地，所述计算单元，具体用于：
建立试棒、吸热块、保温层的有限元模型；
定义不同部位的热边界，其中外表面定义热辐射换热边界，吸热块与保温层、吸热块与试棒、保温层与试棒均定义为接触换热。
可选地，所述调整单元，具体用于：调整如下至少一种：保温层的尺寸、吸热块的大小、试棒的嵌入深度和加热区域。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.一种高温合金可控梯度组织的实现方法，其特征在于，包括：
通过有限元的方法建立有限元模型，计算出试棒的温度场分布；
通过试验测量，确定吸热块、保温层对温度场的影响规律，并校正所述有限元模型，建立符合实际的理论计算模型；
调整必要的参数，实现梯度组织的可控设计。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过有限元的方法建立有限元模型具体包括：
建立试棒、吸热块、保温层的有限元模型；
定义不同部位的热边界，其中外表面定义热辐射换热边界，吸热块与保温层、吸热块与试棒、保温层与试棒均定义为接触换热。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调整必要的参数具体包括：调整如下至少一种：保温层的尺寸、吸热块的大小、试棒的嵌入深度和加热区域。
4.一种实现高温合金可控梯度组织的装置，其特征在于，包括：
计算单元，用于通过有限元的方法建立有限元模型，计算出试棒的温度场分布；
建立单元，用于通过试验测量，确定吸热块、保温层对温度场的影响规律，并校正所述有限元模型，建立符合实际的理论计算模型；
调整单元，用于调整必要的参数，实现梯度组织的可控设计。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述计算单元，具体用于：
建立试棒、吸热块、保温层的有限元模型；
定义不同部位的热边界，其中外表面定义热辐射换热边界，吸热块与保温层、吸热块与试棒、保温层与试棒均定义为接触换热。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述调整单元，具体用于：调整如下至少一种：保温层的尺寸、吸热块的大小、试棒的嵌入深度和加热区域。
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