馬弗爐長時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 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。但在材料實際使用過程中， 在考慮材料的高溫氧化、碳化等能力外，對于類似 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。

試驗進行了 1# 合金的蠕變性能檢測分析，其 穩(wěn)態(tài)蠕變速率與加載應力的關系如圖 5 所示。可 以看出，低應力下穩(wěn)態(tài)蠕變速率較低 ( 應 力 為 7． 7 MPa時蠕變速率僅為 0． 037 h － 1 ) ，說明 1# 合 金低應力下的蠕變性能較好。溫度升高應力增大 時，穩(wěn)態(tài)蠕變速率增大。將穩(wěn)態(tài)蠕變速率和應力 做成雙對數(shù)圖，同一蠕變速率，高溫所需的應力較 小; 同一溫度下，應力高的蠕變速率大。其發(fā)生高 溫蠕變的機理為長期高溫時效下晶粒的長大機制 及位錯的滑移機制。位錯滑移是蠕變過程中存在 的重要變形方式，在常溫下，滑移面上的位錯易受 阻而塞積，因此需要更高的應力，才能使位錯重新 運動和增殖。在高溫下，借助熱激活能量，加強了 原子的熱運動，位錯運動( 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。塞積位錯通過熱激活攀移，繞過 障礙而實現(xiàn)新的滑移。異號位錯通過熱激活攀 移，相遇對消，而實現(xiàn)新的滑移; 同號位錯通過熱 激活攀移，區(qū)域排列而形成亞晶界，產(chǎn)生回復過 程。

在蠕變初期，晶格畸變能較小，位錯攀移不能 順利進行，故回復過程不太明顯，蠕變速率不斷下 降。在穩(wěn)態(tài)蠕變階段，刃型位錯通過攀移形成亞 晶，或正負刃位錯通過攀移后相互消失，回復過程 能充分進行，與此同時，因蠕變變形使位錯增殖造 成強化，兩者達到平衡時，蠕變速率為一常數(shù)。通 過線性擬合或本構(gòu)擬合求導得到穩(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 力水平( 5 ～ 8 MPa) 下仍保持極低的數(shù)值( 應力為 7． 7 MPa 時蠕變速率僅為 0． 037 h － 1 ) ，說明該合 金在高溫低應力下的蠕變性能較好。通過穩(wěn)態(tài)蠕 變速率與應力的關系求得蠕變應力因子，每個溫 度下的應力因子都接近 5，說明 1# 合金的蠕變變 形主要是通過位錯攀移。進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，蠕變主要是位錯攀移控 制。通過數(shù)據(jù)計算，試驗 1# 合金能滿足馬弗爐正 常使用工況。