(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210835916.3 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号南京航空航天大 学 (72)发明人 吴常皓　江荣　贾旭　张磊成　 宋迎东　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 吴旭 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种镍基高温合金氧化-疲劳裂纹扩展速率 预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种镍基高温合金氧化 ‑疲劳 裂纹扩展速率预测方法， 包括以下步骤： 根据疲 劳裂纹扩展速率试验， 建立循环相关裂纹扩展速 率预测模型； 将时间相关的疲劳裂纹扩展速率表 示为环境影响区的尺寸参数s的相关函数； 将循 环相关裂纹扩展速率预测模型与实际氧化动力 学的抛物线模型中的氧化速率常数kp相结合； 得 到描述不同温度下的时间相关疲劳裂纹扩展模 型； 建立最终的疲劳裂纹扩展模型， 通过疲劳裂 纹扩展模型进行镍基高温合金氧化 ‑疲劳裂纹扩 展速率预测。 本发明通过考虑实际温度、 材料参 数与氧化速率常数kp的影响， 较好的预测出不同 温度下的疲 劳裂纹扩展速率， 有效减少为测试各 温度下镍基高温合金实际裂纹扩展速率， 所需的 试验成本与时间。 权利要求书3页 说明书9页 附图3页 CN 115438434 A 2022.12.06 CN 115438434 A 1.一种镍基高温合金 氧化‑疲劳裂纹扩展速率预测方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 步骤一， 根据疲劳裂纹扩展速率试验， 建立循环相关裂纹扩展速率预测模型； 步骤二， 将时间相关的疲劳裂纹扩展速率表示 为环境影响区的尺寸 参数s的相关函数； 步骤三， 将时间相关疲劳裂纹扩展速率预测模型与实际氧化动力学的抛物线模型中的 氧化速率常数kp相结合； 步骤四， 将单位时间内单位面积氧化物质量变化相关的氧化速率常数kpm转化为单位时 间内考虑氧化长度相关的氧化速率常数kpl， 通过结合长度相关的氧化速率常数kpl， 将其作 为环境影响 区尺寸参数s赋予至步骤三的改进后的结合氧化速率常数kp的时间相关疲劳裂 纹扩展速率预测模型内， 最终得到描述不同温度下的时间相关疲劳裂纹扩展速率预测模 型； 步骤五， 建立最终的疲劳裂纹扩展模型， 整体裂纹扩展模型分为循环相关与时间相关 两部分， 通过疲劳裂纹扩展模型进行镍基高温合金 氧化‑疲劳裂纹扩展速率预测。 2.根据权利要求1所述的镍基高温合金氧化 ‑疲劳裂纹扩展速率预测方法， 其特征在 于： 所述步骤一中， 使用标准CT试件在应力比R、 预制裂纹长度a0的条件下进行疲劳裂纹扩 展速率试验， 记录裂纹长度a， 加载时间t以及循环 次数N的疲劳裂纹扩展速率试验数据， 直 到标准试件断裂失效为止； 同时将 裂纹扩展速率分为两部 分， 其一为循环相关裂纹扩展， 其 二为时间相关裂纹扩展； 以疲劳裂纹扩展模型为基础， 建立循环相关裂纹扩展速率预测模 型： 其中， ΔK是应力强度因子范围， Kth是疲劳裂纹扩展门槛值， A和m是材料常数， 利用上述 疲劳裂纹扩展速率试验得到的疲劳裂纹扩速率数据[ΔKi,(da/dN)i]， 对上式(1)进行最小 二乘法线性拟合， 确定 镍基高温合金对应的A， m参数。 3.根据权利要求2所述的镍基高温合金氧化 ‑疲劳裂纹扩展速率预测方法， 其特征在 于： 所述步骤一中， 循环相关裂纹扩展 试验加载条件要求为常温下的高频正弦波/三角波加 载波形。 4.根据权利要求2所述的镍基高温合金氧化 ‑疲劳裂纹扩展速率预测方法， 其特征在 于： 所述步骤一中， 时间相关疲劳裂纹扩展试验温度为600℃以上， 保载时间为20s以上， 600s以下。 5.根据权利要求1所述的镍基高温合金氧化 ‑疲劳裂纹扩展速率预测方法， 其特征在 于： 所述步骤二中， 基于美国西南研究院CHAN ’s考虑合金微结构的疲劳裂纹扩展模 型， 将时 间相关疲劳裂纹扩展速率表示 为裂纹尖端环境影响区s ×d尺寸参数的相关函数： 其中E为弹性模量， σy为屈服应力， to为氧化时间， 为裂纹尖端断裂 塑性应变， n为公式 常数。 6.根据权利要求1所述的镍基高温合金氧化 ‑疲劳裂纹扩展速率预测方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115438434 A 2于： 所述步骤三中， 将CHAN ’s原有的时间相关疲劳裂纹扩展部分的模型与 实际氧化动力学 的抛物线模型中的氧化速率常数kp相结合， kp表达式如下： 其中ΔM为氧化物的变化质量， A为单位 面积； 氧化速率常数kp的展开形式由指数表达式表示， 即： 其中Q为活化能， T为 绝对温度， R为气体常数， C ′为常数。 7.根据权利要求6所述的镍基高温合金氧化 ‑疲劳裂纹扩展速率预测方法， 其特征在 于： 所述步骤三中， 将氧化速率常数kp赋予到疲劳裂纹扩展速率预测模型中， 具体过程如 下： 基于裂尖氧化行为， 有单位 面积的氧化物质量变化 量公式： 氧化时间to有关系dt＝to， 则此时kp×to即为单位时间下的裂纹扩展长度， 与原有氧化 裂纹扩展速率模型相结合， 认为裂纹尖端的s ×d大小的环境影响区中， 单位氧化时间导致 的垂直于加载力方向的环境影响区参数s变化 规律符合氧化动力学的抛物线定律， 即： s＝kp(to)1/2              (7) 则有： 即有最终的： 8.根据权利要求1所述的镍基高温合金氧化 ‑疲劳裂纹扩展速率预测方法， 其特征在 于： 所述步骤四中， 需要将单位时间内质量相关的氧化速率常数kpm转化为在单位时间内长 度相关的氧化速率常数kpl， 具体过程如下： 9.根据权利要求1所述的镍基高温合金氧化 ‑疲劳裂纹扩展速率预测方法， 其特征在 于： 所述步骤五中， 疲劳裂纹扩展模型由下式描述：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115438434 A 3