[发明专利]一种单晶高温合金冷热疲劳性能检测用试样及检测方法

说明书

本发明的目的在于提供一种单晶高温合金冷热疲劳性能检测用试样及其检测方法，以满足单晶合金冷热疲劳性能测试需求。所述试样为偏心圆环试样，其高度为5‑10毫米，外圆直径Φ1为10‑20毫米，内圆直径Φ2为3‑10毫米，偏心圆的偏心距离m为0.5‑2毫米。该试样由单晶高温合金制成，柱面方向为一次枝晶的生长方向，即定向凝固方向[001]方向。本发明利用偏心圆环试样的不同壁厚在冷却过程产生的应力的不同，测量单晶合金的抗冷热疲劳能力，测试结果更接近实际工况。

技术领域

本发明属于高温合金冷热疲劳测试领域，特别提供一种单晶高温合金冷热疲劳性能检测方法。

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。热端部件在服役过程中，要经受复杂的冷热冲击。由于热端部件结构复杂性，冷热变化导致的应力容易引起裂纹的萌生，进而导致部件失效。因此，冷热疲劳性能是热端部件的关键性能之一。同时，大气条件下，由于高温氧化作用，冷热疲劳裂纹更容易萌生。

目前，通常采用薄片缺口(开口)试样，利用空冷、水淬等方式从高温冷却到低温，根据裂纹出现的长度和冷却的循环次数表征单晶合金的冷热疲劳性能。缺口半径一般比较小，不到1毫米，这样缺口尖端的应力集中越大，从而导致裂纹更容易在缺口处萌生。实际热端部件中，不存在这种尖锐开口结构，因此采用缺口结构试样测试单晶合金的冷热疲劳性能并不能代表实际部件的抗冷热疲劳能力。另外，文献中也有采用简单的微孔结构测试单晶合金的抗冷热疲劳能力，该方法并没有考虑到部件具体结构在冷热过程中所产生的应力对冷热疲劳性能的影响。因此，有必要设计一种新的结构表征单晶高温合金的抗冷热疲劳性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶高温合金冷热疲劳性能检测方法，以满足单晶合金冷热疲劳性能测试需求。

本发明技术方案如下：

一种单晶高温合金冷热疲劳性能检测用偏心圆环试样，其特征在于：所述偏心圆环试样的高度为5-10毫米，外圆直径Φ1为10-20毫米，内圆直径Φ2为3-10毫米，偏心圆的偏心距离m为0.5-2毫米(如图1所示)。

本发明所述偏心圆环试样由单晶高温合金制成，柱面方向为一次枝晶的生长方向，即定向凝固方向[001]方向。

采用本发明所述偏心圆环试样检测单晶高温合金冷热疲劳性能的方法，其特征在于：

首先将偏心圆环试样加热到最高温度并且保温至恒温状态，然后冷却到低温，在进行到一定循环周次后，将偏心圆环试样从试验装置上取下，用光学显微镜观察热疲劳裂纹萌生扩展情况，记录裂纹的数量并测量裂纹长度，建立循环次数与裂纹总长度对应的关系曲线。

作为优选的技术方案：

所述最高温度为单晶高温合金的使用温度，在普通箱式加热炉内加热试样至最高温度并保持10-20分钟至恒温状态。

保温至恒温状态后，采用空冷或水淬方式将偏心圆环试样冷却到室温状态。

偏心圆环试样冷热疲劳周次至少为50次。

偏心圆环试样循环疲劳裂纹总长度值为多个试样(优选采用5个试样)的测量平均值。

偏心圆环试样由单晶高温合金制成，所述单晶高温合金为DD413、DD6、DD33、PWA1483、PWA1484、CMSX-4、CMSX-6中的一种。

本发明的有益效果为：

本发明利用偏心圆环试样的不同壁厚在冷却过程产生的应力的不同，测量单晶合金的抗冷热疲劳能力，测试结果更接近实际工况。

附图说明

图1偏心圆环尺寸示意图。