[发明专利]一种模拟高温合金超高周疲劳损伤的方法

摘要

本发明属于测量测试技术领域，涉及一种超声疲劳试验模拟材料的超高周疲劳，并采用研究微观力学性能和材料变形的微观分析方法进行损伤评估的模拟高温合金超高周疲劳损伤的方法。本发明利用中子衍射方法测试高温合金漏斗形试样表面和亚表面残余应力绝对差值，得到循环周次与残余应力绝对差值的关系曲线；利用纳米压痕仪测试材料内部枝晶干与枝晶间的弹性模量绝对差值，得到循环周次与弹性模量绝对差值的关系曲线；利用电子背散射衍射分析材料的晶体变形情况，得到循环周次与小角度亚晶界的晶体变形的关系曲线。通过三条曲线的综合对比，可清楚地了解决定高温合金超高周疲劳损伤的主导因素，并可预测同类其它合金的超高周疲劳损伤情况。

主权项

一种模拟高温合金超高周疲劳损伤的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：步骤一、制作高温合金漏斗形试样，利用超声疲劳试验系统测试漏斗形试样的超高周疲劳性能，试验频率为20kHz，试验温度模拟高温合金服役环境的服役温度，测试的疲劳循环周次范围在10⁶～10⁹之间；步骤二、利用中子衍射方法，检测高温合金漏斗形试样在不同循环周次的表面和亚表面的残余应力，亚表面距离表面1mm左右，得到微观区域在不同循环周次的的残余应力，将相同循环周次的表面和亚表面的残余应力进行对比，得到本循环周次的表面和亚表面残余应力的绝对差值，绘制循环周次与残余应力绝对差值的关系曲线；步骤三、利用纳米压痕仪测试高温合金漏斗形试样经疲劳后局部区域的弹性模量的变化，将疲劳循环后的试样进行磨削抛光处理，分别在疲劳源和疲劳扩展区附近测试高温合金漏斗形试样的弹性模量，测量的位置分别在枝晶干和枝晶间，得到不同循环周次下高温合金漏斗形试样的枝晶干和枝晶间的弹性模量绝对差值，绘制循环周次与弹性模量绝对差值的关系曲线；步骤四、采用电子背散射衍射分析仪分析高温合金漏斗形试样的晶体变形情况，将疲劳循环后的高温合金漏斗形试样进行磨削抛光处理，采用电子背散射衍射分析仪得到高温合金漏斗形试样的疲劳源区和疲劳断口区内，从断口表面距离高温合金漏斗形试样的非疲劳工作段的晶体取向变化，得到是否有小角度亚晶界的形成，得到不同循环周次下高温合金漏斗形试样的疲劳损伤情况，建立循环周次与小角度亚晶界的晶体变形的关系曲线；步骤五、通过上述三条关系曲线，判断不同循环周次的疲劳损伤，高温合金漏斗形试样的微观力学性能‑残余应力和弹性模量中，哪个性能对高温合金漏斗形试样的组织变形起主导作用，(1)随着循环周次的增加，如果高温合金漏斗形试样的小角度度数增大，残余应力绝对差值也增大，表明高温合金漏斗形试样的亚表面残余应力的变化对疲劳损伤是促进作用；(2)如果弹性模量绝对差值增大，表明高温合金漏斗形试样枝晶干和枝晶间的刚度配合对疲劳损伤是促进作用，反之，(3)如果材料的残余应力绝对差值未增大，小角度度数增大，弹性模量绝对差值也增大，则明枝晶干和枝晶间的刚度配合对疲劳损伤起主导作用，(4)如果弹性模量绝对差值未增大，小角度度数增大，材料的残余应力绝对差值增大，则表明亚表面残余应力的变化对疲劳损伤起主导作用。