一种表征单晶Ni基合金蠕变性能的方法

摘要

一种表征单晶Ni基合金蠕变性能的方法,包括：建立一种适合单晶Ni基合金蠕变特点的蠕变曲线模型；确定模型参数，得到蠕变曲线方程；对蠕变数据回归得到描述蠕变过程的拟合蠕变曲线；求出蠕变速率方程，并得到最低计算蠕变速率及计算蠕变速率曲线；结合具体要求实现对单晶Ni基合金蠕变性能的表征。其能较为准确地表达除极高温度或极高应力以外多种单晶Ni基合金恒温、恒应力下的蠕变曲线及蠕变速率分布；揭示出蠕变曲线方程各项及蠕变参数与合金蠕变曲线的对应关系;解决了一些合金在一定条件下难以通过蠕变激活能和应力指数表征蠕变特性的问题；对进一步认识单晶Ni基合金的蠕变特点及规律有重要意义。

主权项

一种表征单晶Ni基合金蠕变性能的方法，其特征在于包括以下步骤：1)建立蠕变曲线模型：单晶Ni基合金的蠕变曲线一般分三个阶段：减速蠕变的第一阶段、稳态蠕变的第二阶段和加速蠕变的第三阶段；在蠕变第一阶段，原子扩散的影响较弱，形变以位错运动为主，并主要表现蠕变硬化特点，因此，蠕变第一阶段用低温时蠕变速率ε'与蠕变时间t关系的经验公式描述：${ϵ}^{\prime }=\frac{\delta }{t}---\left(1\right)$式中：δ为常数，对公式(1)积分得：ε＝D+δlnt  (2)式中：ε为应变，D为常数；由于蠕变第三阶段以蠕变软化为主，而修正θ影射法通过精确地表达了这一蠕变特征，其中，θ₂和θ₃在恒温恒应力下为常数，t为蠕变时间，因此，引用描述蠕变第三阶段；对于相对稳定蠕变的第二阶段，可以看成是上述蠕变硬化与蠕变软化过程的平衡，故将蠕变硬化项和蠕变软化项叠加，构成本蠕变曲线模型的基本结构式：合并常数项并统一方程，将其改写为：ε＝β₀+β₁lnt+β₂exp(β₃t)  (3)由于t＝0时，lnt无意义，而实际蠕变过程t>>1，因此将公式(3)修正为：ε＝β₀+β₁ln(t+1)+β₂exp(β₃t)  (4)公式(4)即为蠕变曲线模型，式中：ε为应变，β_i(i＝0,1,2,3)为常数，即蠕变参数，β₁ln(t+1)描述蠕变硬化过程，β₂exp(β₃t)描述蠕变软化过程，t为蠕变时间；2)测试拉伸蠕变曲线：根据《GB/T2039‑2012金属材料单轴拉伸蠕变试验方法》，在一定温度及一定应力下测试单晶Ni基合金拉伸蠕变曲线，样品为光滑试样；3)确定蠕变曲线方程及蠕变速率方程：根据蠕变曲线模型ε＝β₀+β₁ln(t+1)+β₂exp(β₃t)采用最小二乘法拟合蠕变数据，确定蠕变参数β_i(i＝0,1,2,3)值，将上述参数值代入蠕变曲线模型得到蠕变曲线方程；对蠕变曲线方程取一阶导数得到蠕变速率方程：${ϵ}^{\prime }=\frac{{\beta }_1}{t+1}+{\beta }_2{\beta }_3\exp \left({\beta }_{3}t\right)---\left(5\right)$4)绘制拟合蠕变曲线根据蠕变曲线方程对蠕变数据进行回归，得到蠕变拟合曲线；5)估算蠕变速率根据蠕变速率方程，结合蠕变时间计算蠕变速率，由此得到最低计算蠕变速率及计算蠕变速率曲线；6)确定蠕变曲线方程各项及蠕变参数与蠕变曲线的对应关系(1)通常|β₂|<<1，且|β₃|也较小，因此，常数项β₀主要与初始应变有关，同时起到平衡方程的作用，其大小受材质、实验条件和实验方法影响，一般对研究蠕变过程影响不大；(2)β₂exp(β₃t)项决定于蠕变曲线的形态和变化趋势，β₂与β₃的大小组合能够反映蠕变曲线的特征和变化规律：7)合金蠕变性能的表征根据步骤6)所述的基本规律，应用蠕变曲线方程及蠕变速率方程，通过蠕变参数β_i(i＝1,2,3)及最低计算蠕变速率表征合金的蠕变性能。