马弗炉长时服役的高温性能讨论

两种不同成分体系的抗高温性能试验 中可知，更高含量的 Ni、Al 能显著提高镍基耐热 合金的抗高温性能。但在材料实际使用过程中， 在考虑材料的高温氧化、碳化等能力外，对于类似 于马弗管使用的条件，通常最为重要的性能需要 考虑合金的长期高温使用性能，例如持久蠕变性能。

试验进行了 1# 合金的蠕变性能检测分析，其 稳态蠕变速率与加载应力的关系如图 5 所示。可 以看出，低应力下稳态蠕变速率较低 ( 应 力 为 7． 7 MPa时蠕变速率仅为 0． 037 h － 1 ) ，说明 1# 合 金低应力下的蠕变性能较好。温度升高应力增大 时，稳态蠕变速率增大。将稳态蠕变速率和应力 做成双对数图，同一蠕变速率，高温所需的应力较 小; 同一温度下，应力高的蠕变速率大。其发生高 温蠕变的机理为长期高温时效下晶粒的长大机制 及位错的滑移机制。位错滑移是蠕变过程中存在 的重要变形方式，在常温下，滑移面上的位错易受 阻而塞积，因此需要更高的应力，才能使位错重新 运动和增殖。在高温下，借助热激活能量，加强了 原子的热运动，位错运动( 如滑移、攀移、交滑移 等) 的能力增加，从而克服某些短程障碍，使塑性 变形持续产生。塞积位错通过热激活攀移，绕过 障碍而实现新的滑移。异号位错通过热激活攀 移，相遇对消，而实现新的滑移; 同号位错通过热 激活攀移，区域排列而形成亚晶界，产生回复过 程。

在蠕变初期，晶格畸变能较小，位错攀移不能 顺利进行，故回复过程不太明显，蠕变速率不断下 降。在稳态蠕变阶段，刃型位错通过攀移形成亚 晶，或正负刃位错通过攀移后相互消失，回复过程 能充分进行，与此同时，因蠕变变形使位错增殖造 成强化，两者达到平衡时，蠕变速率为一常数。通 过线性拟合或本构拟合求导得到稳态蠕变速率， 1# 合金的稳态蠕变速率在 1 095 ℃ 高温且在低应 力水平( 5 ～ 8 MPa) 下仍保持极低的数值( 应力为 7． 7 MPa 时蠕变速率仅为 0． 037 h － 1 ) ，说明该合 金在高温低应力下的蠕变性能较好。通过稳态蠕 变速率与应力的关系求得蠕变应力因子，每个温 度下的应力因子都接近 5，说明 1# 合金的蠕变变 形主要是通过位错攀移。进行金相组织观察分析 后，发现高温下蠕变后晶粒明显增大，出现偏析， 晶内出现孪晶和亚晶界，蠕变主要是位错攀移控 制。通过数据计算，试验 1# 合金能满足马弗炉正 常使用工况。