量化定向凝固高温合金持久应力与γ的制作方法

量化定向凝固高温合金持久应力与
γ
′
相筏化关系的方法
技术领域
1.本发明属于镍基高温用合金领域，具体涉及一种量化定向凝固高温合金持久应力与γ
′
相的筏化关系的方法。


背景技术：

2.研究镍基高温合金持久变形过程中γ
′
相的退化是研究高温合金材料持久性能的重要部分，在长期持久应力作用下γ
′
相会发生粗化、球化、筏化等不同形式转变，不同的转变方式会造成合金性能不同程度的下降。对于含γ
′
相体积分数高的定向凝固高温合金而言，一般通过γ
′
相的筏化来了解合金组织的损伤程度。现有技术中，研究持久试验过程中γ
′
相的筏化均基于控制变量的方法，例如相同时间不同持久应力或相同应力不同变形时间条件下，反映出的是γ
′
相的筏化的过程，其定量计算的结果必定是有规律的。由于不同应力下的持久变形导致试样断裂的时间均不相同，在达到持久断裂时γ
′
相的筏化程度是无法预知的。因此需要一种量化的方法弥补现有技术方法缺乏的持久应力与断裂时γ
′
相的筏化程度的关系。


技术实现要素：

3.本发明公开了一种量化定向凝固高温合金持久应力与γ
′
相的筏化关系的方法，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。
4.为了解决上述问题，本发明的技术方案是：一种量化定向凝固高温合金持久应力与γ
′
相的筏化关系的方法，所述方法具体包括以下步骤：
5.s1)获取量化定向凝固高温合金试样的图像数据，得到γ
′
相的筏化参考值；
6.s2)根据s1)得到γ
′
相的筏化参考值确认γ
′
相完全筏化区间；
7.s3)根据s2)得到的γ
′
相完全筏化区间内的量化值数据建立拟合曲线，得到γ
′
相的筏化预测模型；
8.s4)将待测试样的持久应力数据作为γ
′
相的筏化预测模型的输入，输出待测试样的γ
′
相的筏化程度量化值。
9.所述量化定向凝固高温合金试样为镍基高温用合金。
10.进一步，所量化定向凝固高温合金试样是包括未经过变形处理后的和经过持久变形处理后的试样。
11.进一步，所述s1)中的具体步骤为：
12.s1.1)获取未经过变形处理后的试样的高倍γ
′
相形貌图；
13.s1.2)通过二值化处理将高倍γ
′
相形貌图化为二值图像；
14.s1.3)采用截线法处理二值图像，得到所有横向、纵向截线与γ
′
相边界交点的个数；
15.s1.4)根据s1.3)得到的横向、纵向截线与γ
′
相边界交点的个数进行计算，求出初始γ
′
相形貌的量化参考值v0。
16.进一步，所述s2)的具体步骤为：
17.s2.1)获取经过持久变形处理后的试样的断口附近高倍γ
′
相形貌图；
18.s2.2)通过二值化处理将高倍γ
′
相形貌图化为二值图像；
19.s2.3)采用截线法处理二值图像，所有横向、纵向截线与γ
′
相边界交点的个数；
20.s2.4)根据s2.3)得到的横向、纵向截线与γ
′
相边界交点的个数进行计算，求出初始γ
′
相形貌的量化值v；
21.s2.5)将s2.4)获得的量化值v与s1.4)得到量化参考值v0做差值，选取差值大于0.2的量化值v，作为γ
′
相完全定向筏化区间。
22.进一步，所述量化参考值v0通过以下公式求出，公式如下：
[0023][0024]
式中，t0为未经过变形处理后的试样的横向截线与γ
′
相边界交点的个数，p0为未经过变形处理后的试样的纵向截线与γ
′
相边界交点的个数。
[0025]
进一步，所述量化值v通过以下公式求出，公式如下：
[0026][0027]
式中，t为经过变形处理后的试样的横向截线与γ
′
相边界交点的个数，p为经过变形处理后的试样的纵向截线与γ
′
相边界交点的个数。
[0028]
进一步，所述s3)的具体步骤为：
[0029]
s3.2)选取γ
′
相完全定向筏化区间内的所有数据点，建立拟合曲线；
[0030]
s3.3)采用最小二乘法构建γ
′
相的筏化预测模型。
[0031]
进一步，所述γ
′
相的筏化预测模型为：
[0032]
y＝c0+c1x+c2x2+c3x3+
…
+cnxn，
[0033]
式中：x为试样的持久应力数据，y为某一持久应力所对应的筏化程度量化值，c0…cn
为待定系数，由持久应力数据与统计的量化值求出；n的取值范围为大于0的正整数。
[0034]
本发明的另一目的是提供一种实现上述的方法的系统，所述系统包括：
[0035]
采集模块，用于获取量化定向凝固高温合金试样的图像数据；
[0036]
数据处理模块，用于获取的量化定向凝固高温合金试样的图像数据进行分析处理，得到筏化参考值和筏化量化值，最终确认完全筏化区间；
[0037]
预测模块，用于根据完全筏化区间建立拟合曲线，得到筏化预测模型，并最终输出待测试样的筏化程度量化值。
[0038]
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，其特征在于，所述处理器执行上述的量化定向凝固高温合金持久应力与γ
′
相的筏化关系的方法。
[0039]
本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明的方法具有将定向凝固高温合金持久断裂后γ
′
相的筏化程度进行量化表征的能力，通过构建筏化预测模型，可以对某温度下持久断裂后的γ
′
相的筏化程度进行有效预测，对合金组织的退化状态进行判断，对定向凝固高温合金的高温持久性能评估具有指导意义。
附图说明
[0040]
图1为本发明一种量化定向凝固高温合金持久应力与γ
′
相的筏化关系的方法的流程框图。
[0041]
图2为本发明一种量化定向凝固高温合金持久应力与γ
′
相的筏化关系的系统的逻辑框图。
[0042]
图3为采用本发明的方法的实施例的原图与二值图像对比图；(a)和(b)为实施例中900℃/310mpa持久条件下sem原图与二值图像，(c)和(d)为添加截线后选区统计示意图。
[0043]
图4为采用本发明的方法的实施例的统计850℃、900℃不同应力下γ
′
相的筏化程度量化值及完全定向筏化范围、初始γ
′
相排列情况示意图；
[0044]
图5为采用本发明的方法的实施例的900℃下统计出的p、t值与随持久应力的变化拟合曲线示意图。
[0045]
图6为采用本发明的方法的实施例的为900℃/170mpa持久条件下sem原图与调整对比示意图。(a)为sem原图；(b)调整后的sem图。
具体实施方式
[0046]
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
[0047]
如图1所示，本发明一种量化定向凝固高温合金持久应力与γ
′
相的筏化关系的方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0048]
s1)获取量化定向凝固高温合金试样的图像数据，得到γ
′
相的筏化参考值；
[0049]
s2)根据s1)得到γ
′
相的筏化参考值确认γ
′
相完全筏化区间；
[0050]
s3)根据s2)得到的γ
′
相完全筏化区间，将区间内的量化值数据建立拟合曲线，得到γ
′
相的筏化预测模型；
[0051]
s4)将待测试样的持久应力数据作为γ
′
相的筏化预测模型的输入，输出待测试样的γ
′
相的筏化程度量化值。
[0052]
所量化定向凝固高温合金试样是包括未经过变形处理后的和经过持久变形处理后的试样。
[0053]
所述s1)中的具体步骤为：
[0054]
s1.1)获取未经过变形处理后的试样的高倍γ
′
相形貌图；
[0055]
s1.2)通过二值化处理将高倍γ
′
相形貌图化为二值图像；
[0056]
s1.3)采用截线法处理二值图像，得到所有横向、纵向截线与γ
′
相边界交点的个数；
[0057]
s1.4)根据s1.3)得到的横向、纵向截线与γ
′
相边界交点的个数进行计算，求出初始γ
′
相形貌的量化参考值v0。
[0058]
所述s2)的具体步骤为：
[0059]
s2.1)获取经过持久变形处理后的试样的断口附近高倍γ
′
相形貌图；
[0060]
s2.2)通过二值化处理将高倍γ
′
相形貌图化为二值图像；
[0061]
s2.3)采用截线法处理二值图像，所有横向、纵向截线与γ
′
相边界交点的个数；
[0062]
s2.4)根据s2.3)得到的横向、纵向截线与γ
′
相边界交点的个数进行计算，求出初始γ
′
相形貌的量化值v；
[0063]
s2.5)将s2.4)获得的量化值v与s1.4)得到量化参考值v0做差值，选取差值大于0.2的量化值v，作为γ
′
相完全定向筏化区间。
[0064]
所述量化参考值v0通过以下公式求出，公式如下：
[0065][0066]
式中，t0为未经过变形处理后的试样的横向截线与γ
′
相边界交点的个数，p0为未经过变形处理后的试样的纵向截线与γ
′
相边界交点的个数。
[0067]
所述量化值v通过以下公式求出，公式如下：
[0068][0069]
式中，t为经过变形处理后的试样的横向截线与γ
′
相边界交点的个数，p为经过变形处理后的试样的纵向截线与γ
′
相边界交点的个数。
[0070]
所述s3)的具体步骤为：
[0071]
s3.2)选取γ
′
相完全定向筏化区间内的所有数据点，建立拟合曲线；
[0072]
s3.3)采用最小二乘法构建γ
′
相的筏化预测模型。
[0073]
所述γ
′
相的筏化预测模型为：
[0074]
y＝c0+c1x+c2x2+c3x3+
…
+cnxn，
[0075]
式中：x为试样的持久应力数据，y为某一持久应力所对应的筏化程度量化值，c0…cn
为待定系数，由持久应力数据与统计的量化值求出；n的取值范围为大于0的正整数。
[0076]
如图2所示，本发明量化定向凝固高温合金持久应力与γ
′
相的筏化关系的系统，所述系统包括：
[0077]
采集模块，用于获取量化定向凝固高温合金试样的图像数据；
[0078]
数据处理模块，用于获取的量化定向凝固高温合金试样的图像数据进行分析处理，得到γ
′
相的筏化参考值和γ
′
相的筏化量化值，最终确认γ
′
相完全筏化区间；
[0079]
预测模块，用于根据γ
′
相完全筏化区间建立拟合曲线，得到γ
′
相的筏化预测模型，并最终输出待测试样的筏化程度量化值。
[0080]
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，其特征在于，所述处理器执行上述的量化定向凝固高温合金持久应力与γ
′
相的筏化关系的方法。
[0081]
镍基高温合金中，γ’相在长期高温低应力下由相邻的立方状γ'相逐渐连结成筏，形成筏状组织。
[0082]
实施例：
[0083]
以定向凝固dz411合金为研究对象，在850℃与900℃不同应力(230mpa～475mpa)下进行持久拉伸试验直至断裂，将标准持久试样的断口附近纵截面作为观察面，观察面γ
′
相形貌通过电抛液浓h2so4+甲醇电抛5s，随后在电解腐蚀液cr2o3+h3po4+浓h2so4中电解2s，经酒精清洗表面后置于扫描电镜下观察获得。选取扫面电镜下20000x倍的γ
′
相形貌采集图片作为统计样本，以某一应力下获得的γ
′
相形貌图为例详细介绍实施方式如下。
[0084]
在图3中(a)和(b)为900℃/310mpa持久条件下纵截面sem拍摄的γ
′
相形貌原图与处理后的二值图像，其中图3中(a)灰色区域为筏化的γ
′
相，黑色区域为γ基体通道，根据二值化算法在imagej软件中导出完全区分γ
′
相与基体通道的二值图像。图3中(b)黑色部
分代表筏化的γ
′
相，白色部分表示γ基体。在photoshop软件中应用截线法，建立等距的纵向截线与横向截线，提取保留γ
′
相内的参考截线后的图层整体呈现的形貌图3(c)和(d)。通过软件中的记录测量工具统计γ
′
相内截线数量，得到的数据乘以2即可得到p值与t值，并通过纵向(p)与横向(t)截线交点的比值v定义γ
′
相断裂时达到的筏化程度。将热处理状态下sem下规整γ
′
相形貌的v0值定义为初始量化值，计算结果为v
0＝
0.8。分别计算不同温度与应力下的v值，确定v值由规整排列至发生筏化是一个增长的过程，因此可以继续寻找粗化与完全筏化之间的临界值。为得出的v值在origin中形成散点图观察规律。根据sem下γ
′
相形貌与计算的v值结果，发现850℃高应力下断裂时仍存在未筏化的情况，v值与v0的差值大于0.2时，即v值大于1，发生定向筏化严重，根据形貌与量化结果定义v＝1为定向筏化与部分粗化的临界值。由图4所示可知900℃下所有持久应力均造成了γ
′
相的筏化。由于目的是建立成筏的γ
′
相变化与应力之间的关系，固选择900℃条件下考察应力与筏化状态的关系。如图5所涉为900℃不同应力下计算的p、t值与应力变化的散点图，由于dz411合金发生“n”型筏化(垂直于应力方向的筏化)，在已观测的形貌中未发现纵向γ
′
相的联结，因此p值存在峰值；然而横向截线与γ
′
相交点由于900℃下均发生定向筏化而无法确定峰值，因此虚线部分不考虑在内。
[0085]
采用最小二乘法在origin软件中拟合，得出的p值、t值拟合曲线为：
[0086]
p(σ)＝-0.03x2+2.59x-216.67
[0087]
t(σ)＝0.56x+62.60
[0088]
由拟合曲线发现拟合数据存在交点，应力低于190mpa时，t值大于p值，说明筏化形式发生了显著的改变，由于低应力长时间必将发生筏化，因此推断平行于应力方向(纵向)γ
′
相也将发生联结造成了p值的剧烈下降，即在应力低于190mpa左右时，γ
′
相出现异常的筏化行为。
[0089]
为验证拟合公式结果的可靠性，以同样的持久试验及取样分析手段补充了dz411合金在低应力下持久断裂后的样本，以900℃/170mpa的持久条件为补充实施例。如图6所示为900℃/170mpa持久条件下sem原图与调整对比图。结果发现γ
′
相排列紊乱，不呈定向筏化特征，纵向γ
′
相连接现象明显，ps软件的统计及计算结果满足拟合p、t值变化曲线，表明量化预测dz411合金的筏化现象随应力会发生变化与形貌观察结论一致，p、t值关系式满足随应力变化的结果，该方法可以预测定向凝固合金的筏化情况。
[0090]
以上对所提供的一种量化定向凝固高温合金持久应力与γ
′
相的筏化关系的方法，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。
[0091]
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来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。
[0092]
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。
[0093]
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。
[0094]
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。