一种精确预测高温合金持久强度及寿命的方法及系统与流程

1.本发明属于材料科学与工程应用技术领域，特别是一种精确预测高温合金持久强度及寿命的方法及系统。


背景技术：

2.高温合金服役环境恶劣，长期在温度和应力作用下，蠕变持久断裂是材料的主要失效形式，因此，根据高温合金材料的实际服役环境确定相应条件下的蠕变持久强度或寿命尤为重要，一直是高温合金研究中的重点。一些高温合金部件的服役时间很长，达到上万甚至十万小时，进行超长时间的蠕变持久试验属实不易，一般根据短时间的试验数据来外推长时间的强度或者寿命，因此，采用合适的方法对高温合金持久强度和寿命进行精确预测是十分必要的。
3.目前，larson-miller参数法是比较常用的预测方法，其中c值的选取对预测结果影响很大，但目前c值的确定大多采用合金材料的经验值，这肯定会对预测结果产生影响。传统的larson-miller参数法需要计算出每一个数据点对应的p值，采用曲面拟合方法进行p参数拟合，拟合出p和应力σ的关系，之后再导出温度、应力和寿命之间的关系式，相对繁琐，也不宜看出三者的整体关系变化趋势。因此，根据试验数据确定符合实际的c值，对提升高温合金材料的预测精度是十分必要的；同时，优化和改善传统的larson-miller预测方法，提高预测效率、提高可视化程度，对于实际的预测操作也是十分有益的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种精确预测高温合金持久强度及寿命的方法及系统，方法以larson-miller参数法的关系式为基础，根据试验数据用多种方法预测并确定c值，用曲面拟合的方法得到温度、应力和寿命三者的关系式，来预测高温合金材料的强度或寿命。
5.本发明的技术方案如下：一种精确预测高温合金持久强度及寿命的方法，其特征在于，对高温合金材料进行不同温度和应力下的蠕变、持久试验，获得不同条件下的材料寿命；以larson-miller参数法的关系式为基础，用曲面拟合和等应力线交点两种方法分别预测c值，将二者的平均值作为实际的c值；将c值代入再进行曲面拟合，得到温度、应力和寿命三者的拟合关系式；根据得到的关系式来预测高温合金材料的强度或寿命。
6.进一步，所述方法包括如下步骤：
7.s1)对高温合金材料进行不同温度和应力下的蠕变、持久试验，获得高温合金材料的多个试验数据点，包括温度、应力和寿命；
8.s2)将s1)得到的数据通过数学分析软件进行曲面拟合，拟合公式为获得c值的拟合结果c1；
9.再将得到的数据中选择多组等应力条件下数据点，通过数学分析软件进行直线拟
合求c值，拟合公式为每个应力条件下求出的c值取平均值作为c值的拟合结果c2；
10.将得到的c1和得到的c2取平均值，得到作为最终的c值；
11.s3)将s2)得到的c值代入公式得到再对s1)中的数据进行曲面拟合，求出a0、a1…an
，得到温度、应力和寿命三者的拟合关系式；
12.s4)根据s3)得到的关系式来预测高温合金的强度或寿命。
13.进一步，所述s1)中的试验至少包括3个温度，每个温度至少包括3个应力，至少获得9个有效的试验数据点，每个数据点包括温度、应力和寿命。
14.进一步，所述s2)中的拟合公式由larson-miller参数法的关系式转变而来，式中tr为寿命(单位为h)，σ为试验应力(单位为mpa)，t为试验温度(单位为k)，a0、a1…an
为待定系数，c也为待定系数；
15.拟合公式由larson-miller参数法的关系式转变而来，式中tr为寿命(单位为h)，t为试验温度(单位为k)，p为应力的函数(在等应力条件下，p可看作常数，为待定系数)，c为待定系数。
16.还包括等应力下的数据，至少需要选定两个应力条件，在选定的应力条件下至少有两个不同温度的数据点。若在选定的应力条件下没有所需温度的试验数据点，则利用等温线法求出该数据点。
17.进一步，所述的等温线法公式为lgtr＝a-blgσ，给定了等温条件下tr和σ的关系，式中tr为寿命(单位为h)，σ为试验应力(单位为mpa)，a、b为待定系数。可根据该温度下已有的试验数据点拟合出等温线公式，进而可求出需要的数据点。
18.进一步，对于所述s3)中的拟合公式式中tr为寿命(单位为h)，σ为试验应力(单位为mpa)，t为试验温度(单位为k)，a0、a1…an
为待定系数，为已知常数。
19.进一步，对于拟合时多项式次数的选取，一般选用二次或者三次，具体可根据拟合结果灵活调整。
20.本发明具有的有益效果是：
21.(1)本发明根据试验实际测得的数据，结合多种方法来确定c值，相比根据经验来选取c值的传统方法，能够获得更准确、更适合的c值，提高预测精度；
22.(2)本发明不同于传统的曲面拟合，采用曲面拟合的方法，即简便快捷，又能全面
直观地反映出材料的性能数据变化规律。本发明将在高温合金材料蠕变持久强度或寿命的精确预测方面，提供重要帮助，具有广泛应用前景。
附图说明
23.图1为本发明的一种精确预测高温合金持久强度及寿命的方法流程示意图。
24.图2为本发明的实施例1的持久数据曲面拟合图。
25.图3为本发明的实施例2的持久数据曲面拟合图。
26.图4为本发明一种精确预测高温合金持久强度及寿命的系统的逻辑框图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
28.如图1所示，本发明一种精确预测高温合金持久强度及寿命的方法，该方法具体为：先采集高温合金材料在不同温度和应力下的材料寿命数据；将采集的材料寿命数据用曲面拟合和等应力线交点两种方法分别预测c值，再将两个预测c值的平均值作为最终的c值；将最终的c值代入再进行曲面拟合，得到温度、应力和寿命三者的拟合关系式，根据得到的关系式预测高温合金材料的强度或寿命。
29.所述方法包括如下步骤：
30.s1)对高温合金材料进行不同温度和应力下的蠕变、持久试验，获得高温合金材料的多个试验数据点；
31.s2)先将s1)得到的数据分别进行曲面拟合和进行直线拟合，取得到的拟合值的平均值作为最终的c值；
32.s3)将s2)得到的c值代入曲面拟合公式，求出曲面拟合公式中的a0、a1…an
，得到温度、应力和寿命三者的拟合关系式；
33.s4)根据s3)得到的温度、应力和寿命三者的拟合关系式来分别预测高温合金的强度或寿命。
34.所述s1)中所述数据点包括温度、应力和寿命。
35.所述s2)的具体步骤为：
36.s2.1)将s1)得到的数据点通过数学分析软件进行曲面拟合，获得c值的拟合结果c1；
37.s2.2)再将s1)得到的数据中选择多组等应力条件下数据点，通过数学分析软件进行直线拟合求c值，每个应力条件下求出的c值取平均值作为c值的拟合结果c2；
38.s2.3)将s2.1)得到的c1和s2.2)得到的c2取平均值，得到作为最终的c值。
39.所述s2.1)中的拟合公式为：
40.式中，tr为寿命，单位为h；σ为试验应力，单位为mpa；t为试验温度，单位为k)；a0、a1…an
为待定系数，c也为待定系数。
41.所述s2.2)中的拟合公式为：
42.式中，tr为寿命，单位为h；t为试验温度，单位为k；p为应力的函数，在等应力条件下，p可看作常数，为待定系数；c为待定系数。
43.所述s2.2)中等应力下的数据，至少需要选定两个应力条件，在选定的应力条件下至少有两个不同温度的数据点，若在选定的应力条件下没有所需温度的试验数据点，则利用等温线法求出该数据点。
44.所等温线法公式为：
45.lgtr＝a-blgσ，
46.给定了等温条件下tr和σ的关系，式中tr为寿命，单位为h；σ为试验应力，单位为mpa，a、b为待定系数。
47.一种实现上述的精确预测高温合金持久强度及寿命的方法的系统。所述系统包括：
48.数据采集模块，用于采用高温合金材料不同温度和应力下进行的蠕变、持久试验所获得的多个试验数据点；
49.数据拟合计算模块，用于将所述数据采集模块采集的数据点用曲面拟合和等应力线交点两种方法分别预测c值，再将计算两个预测c值的平均值，得到最终的c值；
50.预测模块，用于将所述数据拟合计算模块得到的c值再次进行曲面拟合，得到温度、应力和寿命三者的拟合关系式，最终预测高温合金材料的强度或寿命。
51.一种可读存储介质，包括存储器，所述存储器存储有程序，处理器，所述处理器执行上述的精确预测高温合金持久强度及寿命的方法。
52.实施例1：以waspaloy合金的持久数据为例，说明该方法的具体实施方式：
53.(1)获得waspaloy合金的持久试验数据如表1。
54.表1：
55.[0056][0057]
(2)本次使用origin软件进行数据拟合，将表1数据代入公式中进行曲面拟合，选用三次多项式拟合，拟合得到c＝c1＝23.47；
[0058]
(3)选择等应力条件下数据，使用等温线法求出该应力下缺失的数据点，用公式拟合各应力下的c值并取平均值得到c＝c2＝23.51，如表2所示。
[0059]
表2：
[0060][0061]
(4)确定最终的c值为并代入公式中。
[0062]
(5)使用公式再对数据进行曲面拟合，拟合结果如图2，拟合关系式如下：
[0063][0064]
(6)根据拟合得到的关系式预测650℃/580mpa和760℃/280mpa的持久寿命，并与传统的larson-miller方法(c＝20)对比，如表3所示，可以看出相比传统的larson-miller方法，用本方法预测的结果误差明显变小。
[0065]
表3：
[0066]
温度t/℃650760应力σ/mpa580280实际寿命tr/h65091373larson-miller法预测寿命tr/h36711127
larson-miller法相对误差43.60％17.92％本方法预测寿命tr/h54191470本方法相对误差16.75％7.06％
[0067]
实施例2：以k452合金的持久数据为例，说明该方法的具体实施方式：
[0068]
(1)获得k452合金的持久试验数据如表4。
[0069]
表4：
[0070]
温度t/℃应力σ/mpa寿命tr/h75049015375047026275045054485030098850260243850230493900190209900170323900150699
[0071]
(2)本次使用origin软件进行数据拟合，将表4数据代入公式中进行曲面拟合，选用三次多项式拟合，拟合得到c＝c1＝20.06；
[0072]
(3)选择等应力条件下数据，使用等温线法求出该应力下缺失的数据点，用公式拟合各应力下的c值并取平均值得到c＝c2＝17.57，如表5所示。
[0073]
表5：
[0074][0075]
(4)确定最终的c值为并代入公式中。
[0076]
(5)使用公式再对数据进行曲面拟合，拟合结果如图3，拟合关系式如下：
[0077][0078]
(6)根据拟合得到的关系式预测750℃/400mpa和850℃/185mpa的持久寿命，并与传统的larson-miller方法(c＝20)对比，如表6所示，可以看出相比传统的larson-miller方法，用本方法预测的结果误差明显变小。
[0079]
表6：
[0080][0081][0082]
以上对本技术实施例所提供的一种精确预测高温合金持久强度及寿命的方法及系统，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
[0083]
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本技术的一般原则为目的，并非用以限定本技术的范围。本技术的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
[0084]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0085]
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0086]
上述说明示出并描述了本技术的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本技术并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、
修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求书的保护范围内。