[发明专利]高温合金材料高速精加工中新表层氧、氮、氢元素检测方法

说明书

一种高温合金材料高速精加工中新表层氧、氮、氢元素检测方法，包括：步骤1.对高温合金材料的零件制定高速精加工工艺和检测频度；在高速精加工过程中随着切屑的逐步剥离而在零件上会生成新表层，以剥离于零件的切屑作为检测样本；步骤2.根据工艺要求对零件进行加工，并以制定的检测频度对加工过程中剥离的切屑作为检测样本进行收集，将收集的各检测样本封装、送检；步骤3.以红外‑热导联合法分别对各检测样本进行氧、氮、氢元素的含量检测；步骤4.以回归分析法对检测到的各检测样本的氧、氮、氢元素的含量数据进行综合分析处理，得到检测样本综合整体的氧、氮、氢元素的含量数据，进而获得零件新表层的氧、氮、氢元素的含量数据。

技术领域

本发明涉及材料表面质量的检测方法，具体是一种高温合金材料高速精加工中新表层氧、氮、氢元素检测方法。

背景技术

高温合金材料是指在600～1200℃以上及一定应力条件下长期服役的高温金属材料，其具有优异的高温强度、抗氧化性、抗热腐蚀性、疲劳性能和断裂韧性等综合性能，已成为军、民用燃气涡轮发动机(例如航空发动机)热端零件不可替代的关键材料。由于燃气涡轮发动机所应用高温合金零件长期在600～1200℃的高温和复杂应力环境下服役，其工作条件恶劣，因而对其工作的可靠性要求高，对其各项物理-力学性能要求非常严格。

一般来讲，为了使高温合金零件能够满足技术要求，高温合金零件多采用精锻、整体精铸、单晶精铸、等温锻造、热等静压等近净成形方法或粉末冶金方法制造而成坯件，高温合金坯件须经切削加工后方能成品，高温合金坯件的切削加工为高速精加工处理。高温合金零件在切削加工时，因剧烈的塑性变形和强烈的摩擦，会产生大量的切削热，加之高温合金材料的导热系数本来就很低，从而极易使狭小切削区域内的切削温度升高，最高可达1000℃。在如此高温环境下，周围环境介质中的氧、氮、氢等元素就很容易侵入高温合金零件的切削界面(切削界面即为零件和切屑的剥离面，剥离面使零件和切屑分别生成了新表层)中，从而使切削区域内的刀具表面、零件新表层分别生成相间脆性相，相间脆性相将加剧材料的组织内应力集中，不仅会诱发刀具产生裂纹、甚至崩刃的现象，而且还会恶化高温合金零件的高温力学性能和抗腐蚀能力。

由此可见，如何控制高温合金材料中的氧、氮、氢元素的含量，直接关系着高温合金材料的加工工艺和力学性能。目前，对高温合金材料中氧、氮、氢元素的含量控制，主要是在高温合金材料冶炼或铸造阶段通过严格筛选原材料、提高真空度等手段来降低实现的，使高温合金材料中的氧、氮、氢元素的含量降低至可接受的水平。然而，高温合金材料中氧、氮、氢元素的含量控制方式，无法适用于高速精加工后的高温合金材料新表面的氧、氮、氢元素的含量控制，这是因为：氧、氮、氢等残余气体在高温合金材料中作为有害元素，其与高温合金材料中的主要强化元素(如Cr、Al、Ti和Nb等元素)具有很强的亲和力，加工环境中的氧、氮、氢元素极易在高速精加工过程中侵入高温合金材料的新表层中，去除残余气体氮、氧、氢绝非易事，这也是目前未将经高速精加工后的高温合金材料新表层的氧、氮、氢元素的含量，纳入到高温合金材料表面质量控制范畴之内的原因所在。

若将经高速精加工后的高温合金材料新表层的氧、氮、氢元素的含量，纳入到高温合金材料表面质量的控制范畴之内，则需要涉及到对高温合金材料中的氧、氮、氢元素的含量进行检测，然后根据检测结果制定对加工环境的控制方案，最终实现高温合金材料表面的氮、氧、氢元素的含量控制，即实现高温合金材料表面质量的控制。