一种燃气轮机用定向高温合金寿命评估方法及系统与流程

本发明涉及材料评估，特别是一种燃气轮机用定向高温合金寿命评估方法及系统。

背景技术：

1、作为燃气轮机的关键热端部件材料，定向高温合金需要在高温条件下进行长时间服役，为保证定向高温合金叶片在使用过程中的安全可靠性，必须尽可能提高寿命预测的准确性。

2、在定向高温合金中，再结晶晶粒的出现难以避免，其破坏了高温合金结构的完整性，产生了大量的横向晶界，使高温合金的高温蠕变性能严重降低。多次故障分析发现，在裂纹源区表面出现再结晶晶粒组织，该再结晶是导致透平叶片产生裂纹和发生断裂的直接原因。

3、目前关于定向高温合金再结晶的检测与评定方法主要包括以下几个方面：1.以再结晶深度为基准进行再结晶评定；2.以横截面再结晶面积分数作为垂直于主应力轴的截面上再结晶晶粒面积分数的测量值，即：表面再结晶在横截面上的面积/试样横截面的面积。

4、然而，仅从材料表面或者表层特征形貌的二维组织结构进行观察与研究，未从材料的实际角度出发，会导致再结晶的二维组织结构信息无法反映定向高温合金真实情况下的再结晶含量。对于定向高温合金而言，定向高温合金含有一定含量的小角度晶界，会对再结晶的形成含量产生影响，仅通过剖面检测的方法进行再结晶深度或再结晶横截面面积分数的测量，并将其等效成再结晶含量是不准确的，以此对再结晶进行检测与评定是不严谨的，以此对透平叶片的服役安全性进行评定是不可靠的。

5、值得关注的是，目前在燃气轮机用定向高温合金的寿命评估中，关于在再结晶影响下对定向高温合金的寿命评估研究甚少，因此亟需提出一种燃气轮机用定向高温合金寿命评估方法及系统，实现在再结晶精确性评定的基础上对定向高温合金寿命进行评估，进一步为燃气轮机透平叶片的生产质量验收标准和服役可靠性提供评价参考。

技术实现思路

1、鉴于上述目前定向高温合金的寿命评估研究中存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于如何提供评定再结晶对定向高温合金寿命的影响方法及系统。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了一种燃气轮机用定向高温合金寿命评估方法，其包括，将定向高温合金试棒沿垂直于<001>晶向进行粗切，得到圆形试样；确定圆形试样的二次晶向<x1 y1 z1>，并进行压痕试验；对压痕后的圆形试样进行热处理后立即从炉中取出并进行空冷；沿<001>晶向在距压痕中心一定距离的位置对热处理后的圆形试样进行切割，将一端切割面进行镶嵌，并对镶嵌样品高温合金部分的非再结晶区域进行压痕标记；对镶嵌样品进行研磨和抛光，并进行电解抛光，得到处理后的镶嵌样品；对处理后的镶嵌样品进行ebsd分析，并基于深度学习的晶粒分析算法对ebsd分析得到的数据进行处理和分析，对镶嵌样品进行n次重复处理；将最终分析得到的二维图像导入mimics软件，将二维图像转化为三维图像，并进行再结晶体积的计算。

5、作为本发明所述燃气轮机用定向高温合金寿命评估方法的一种优选方案，其中：所述圆形试样的直径设置范围包括：

6、φd0+2≤φd1≤φd0+4

7、其中，φd0为圆形标准蠕变试样标距段的直径，φd1为圆形试样的直径，直径单位都为mm。

8、作为本发明所述燃气轮机用定向高温合金寿命评估方法的一种优选方案，其中：所述电解抛光包括：电解抛光剂为ch3oh：h2so4＝4：1；抛光电压为12～15v，抛光时间为12s；记录第n次处理时，镶嵌样品厚度为：

9、

10、其中，l2为测量得到的镶嵌样品厚度，x为含再结晶的圆形试样的一端距压痕中心位置；y为含再结晶的圆形试样的另一端距压痕中心位置；n为对镶嵌样品计划总计进行n次重复处理，n为整数；c指目前进行到了第1，2……，n次处理，镶嵌样品厚度单位为mm。

11、作为本发明所述燃气轮机用定向高温合金寿命评估方法的一种优选方案，其中：所述基于深度学习的晶粒分析算法对ebsd分析得到的数据进行处理和分析包括以下步骤：将ebsd原始数据转换为适合深度学习模型输入的格式，统一图像分辨率和尺寸，并进行预处理；从预处理图像中，人工标注出包含非再结晶压痕和再结晶区域的部分样本，将标注样本按比例分为训练集和验证集；构建深度学习模型，u-net的编码器和解码器部分引入空间注意力模块；在u-net解码器阶段，将不同层次的特征图进行上采样/下采样，并级联融合；使用标注好的训练集数据训练深度学习模型，在训练过程中使用验证集评估模型，避免过拟合；将训练好的模型应用于完整镶嵌样品图像进行预测，模型输出分割结果，标记非再结晶压痕和再结晶区域；输出包含压痕标记和再结晶区域的二维分析图像，结合原始图像进行叠加显示，输出统计数据，包括再结晶区域面积占比。

12、作为本发明所述燃气轮机用定向高温合金寿命评估方法的一种优选方案，其中：所述并级联融合的具体公式如下：

13、

14、其中，u(fi,s)表示对fi进行上采样操作，d(fi,d)表示对fi进行下采样操作。

15、作为本发明所述燃气轮机用定向高温合金寿命评估方法的一种优选方案，其中：所述热处理选择真空热处理。

16、作为本发明所述燃气轮机用定向高温合金寿命评估方法的一种优选方案，其中：压痕试样的实施方案包括：利用硬度计沿圆形试样的二次晶向<x1 y1z1>进行压痕试验。

17、第二方面，本发明为进一步解决目前定向高温合金的寿命评估研究中存在的问题，实施例提供了燃气轮机用定向高温合金寿命评估系统，其包括：试样切割模块，用于将定向高温合金试棒沿垂直于<001>晶向进行粗切，得到圆形试样；二次晶向确定模块，用于确定圆形试样的二次晶向<x1 y1 z1>的受压晶面，并进行压痕试验；热处理模块，用于对压痕后的圆形试样进行热处理后立即从炉中取出并进行空冷；切割模块，用于沿<001>晶向在距压痕中心一定距离的位置对热处理后的圆形试样进行切割，将一端切割面进行镶嵌，并对镶嵌样品高温合金部分的非再结晶区域进行压痕标记；研磨抛光模块，用于对镶嵌样品利用自动磨抛机进行研磨和抛光，并进行电解抛光，得到处理后的镶嵌样品；分析模块，用于对处理后的镶嵌样品进行分析，并对镶嵌样品进行n次重复处理；三维图像重建模块，用于将分析得到的二维图像导入mimics软件，利用calculate 3d功能将二维图像转化为三维图像；体积测量模块，用于通过体积测量功能进行再结晶体积的计算。

18、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的燃气轮机用定向高温合金寿命评估方法的任一步骤。

19、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的燃气轮机用定向高温合金寿命评估方法的任一步骤。

20、本发明有益效果为，本发明利用再结晶体积对再结晶含量进行定量，可以更准确地反映定向高温合金中再结晶的微观结构和含量；对于定向高温合金而言，可以更准确地获取在小角度晶界影响下高温合金再结晶的体积含量。通过建立再结晶体积与高温合金高温蠕变寿命之间的联系，可以更准确地预测再结晶含量对定向高温合金高温蠕变寿命的影响；本发明为评定定向凝固高温合金的寿命提供了新的技术路径。