馬弗爐長時(shí)服役的高溫性能討論

兩種不同成分體系的抗高溫性能試驗(yàn) 中可知，更高含量的 Ni、Al 能顯著提高鎳基耐熱 合金的抗高溫性能。但在材料實(shí)際使用過程中， 在考慮材料的高溫氧化、碳化等能力外，對(duì)于類似 于馬弗管使用的條件，通常最為重要的性能需要 考慮合金的長期高溫使用性能，例如持久蠕變性能。

試驗(yàn)進(jìn)行了 1# 合金的蠕變性能檢測分析，其 穩(wěn)態(tài)蠕變速率與加載應(yīng)力的關(guān)系如圖 5 所示。可 以看出，低應(yīng)力下穩(wěn)態(tài)蠕變速率較低 ( 應(yīng) 力 為 7． 7 MPa時(shí)蠕變速率僅為 0． 037 h － 1 ) ，說明 1# 合 金低應(yīng)力下的蠕變性能較好。溫度升高應(yīng)力增大 時(shí)，穩(wěn)態(tài)蠕變速率增大。將穩(wěn)態(tài)蠕變速率和應(yīng)力 做成雙對(duì)數(shù)圖，同一蠕變速率，高溫所需的應(yīng)力較 小; 同一溫度下，應(yīng)力高的蠕變速率大。其發(fā)生高 溫蠕變的機(jī)理為長期高溫時(shí)效下晶粒的長大機(jī)制 及位錯(cuò)的滑移機(jī)制。位錯(cuò)滑移是蠕變過程中存在 的重要變形方式，在常溫下，滑移面上的位錯(cuò)易受 阻而塞積，因此需要更高的應(yīng)力，才能使位錯(cuò)重新 運(yùn)動(dòng)和增殖。在高溫下，借助熱激活能量，加強(qiáng)了 原子的熱運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)( 如滑移、攀移、交滑移 等) 的能力增加，從而克服某些短程障礙，使塑性 變形持續(xù)產(chǎn)生。塞積位錯(cuò)通過熱激活攀移，繞過 障礙而實(shí)現(xiàn)新的滑移。異號(hào)位錯(cuò)通過熱激活攀 移，相遇對(duì)消，而實(shí)現(xiàn)新的滑移; 同號(hào)位錯(cuò)通過熱 激活攀移，區(qū)域排列而形成亞晶界，產(chǎn)生回復(fù)過 程。

在蠕變初期，晶格畸變能較小，位錯(cuò)攀移不能 順利進(jìn)行，故回復(fù)過程不太明顯，蠕變速率不斷下 降。在穩(wěn)態(tài)蠕變階段，刃型位錯(cuò)通過攀移形成亞 晶，或正負(fù)刃位錯(cuò)通過攀移后相互消失，回復(fù)過程 能充分進(jìn)行，與此同時(shí)，因蠕變變形使位錯(cuò)增殖造 成強(qiáng)化，兩者達(dá)到平衡時(shí)，蠕變速率為一常數(shù)。通 過線性擬合或本構(gòu)擬合求導(dǎo)得到穩(wěn)態(tài)蠕變速率， 1# 合金的穩(wěn)態(tài)蠕變速率在 1 095 ℃ 高溫且在低應(yīng) 力水平( 5 ～ 8 MPa) 下仍保持極低的數(shù)值( 應(yīng)力為 7． 7 MPa 時(shí)蠕變速率僅為 0． 037 h － 1 ) ，說明該合 金在高溫低應(yīng)力下的蠕變性能較好。通過穩(wěn)態(tài)蠕 變速率與應(yīng)力的關(guān)系求得蠕變應(yīng)力因子，每個(gè)溫 度下的應(yīng)力因子都接近 5，說明 1# 合金的蠕變變 形主要是通過位錯(cuò)攀移。進(jìn)行金相組織觀察分析 后，發(fā)現(xiàn)高溫下蠕變后晶粒明顯增大，出現(xiàn)偏析， 晶內(nèi)出現(xiàn)孿晶和亞晶界，蠕變主要是位錯(cuò)攀移控 制。通過數(shù)據(jù)計(jì)算，試驗(yàn) 1# 合金能滿足馬弗爐正 常使用工況。