Page 36 - 理化检验-物理分册2024年第七期

沈康阳，等：Incoloy901合金高温持久试验的断裂行为

少合金锭头尾部的偏析，采用的熔炼工艺为真空感 34Fe 自耗电极重熔或真空感应熔化、稳定和沉淀
应熔炼 + 电渣重熔 + 真空自耗的三联工艺。锻后 热处理》的要求。合金锭头部和尾部的 O、N 元
棒材的化学成分分析结果如表 1 所示，其化学成分 素质量分数如表 2 所示。在锻后合金的中间段取
符合 SAE AMS 5660《镍铁合金，耐腐蚀和耐热， 样，并对试样进行短时高温持久和长期高温持久
棒材和锻件 12.5Cr-42.5Ni-6.0Mo-2.7Ti-0.015B- 试验。
表1 Incoloy901合金锻后棒材的化学成分分析结果 %

质量分数
项目
C Ni Cr Ti Al Mo Mn B Si P S Fe
实测值 0.048 42.36 12.76 2.76 0.28 5.35 0.24 0.013 0.044 0.002 <0.000 5 余量
标准值 ≤0.1 40.0~45.0 11.0~14.0 2.35~3.10 ≤0.35 5.0~7.0 ≤1.0 0.01~0.02 ≤0.6 ≤0.03 ≤0.03 余量
表2 合金锭头部和尾部的O、N元素质量分数 % 散射衍射(EBSD)、电子通道衬度(ECC)和能谱(EDS)
质量分数 分析，研究高温持久试验后合金的微观形貌。
分析位置
O N
2 试验结果
头部 0.001 1 0.001 0
2.1 短时高温持久试验
尾部 0.002 0 0.002 0
短时高温持久试验最终断裂时间为43.6 h，断裂
1.2 试验方法 位置为试样光滑段处。短时高温持久试样断口附近
锻棒的热处理工艺为：1 100 ℃×2 h固溶处理； 的ECC形貌如图2所示。由图2可知：在高温持久
790 ℃×4 h时效处理，空冷；720 ℃×4 h时效处理，空冷。 试验过程中，试样形成的微裂纹沿晶界分布，并且在
依据ASTM E292-18 《材料缺口拉伸试验断裂 晶界裂纹处形成大量孔洞；在晶界附近观察到大量
时间的标准试验方法》，利用高温持久试验机进行 呈链状分布的白色块状物。
试验。为了满足大型汽轮机对于该材料的使用工况 对该块状物进行EDS点扫描分析，结果表明该
需求，选取温度为649 ℃， 应力为552 MPa和温度为 白色块状物为富Mo相 （见图3）。
621 ℃， 应力为496 MPa两个条件进行试验，其中短 2.2 长期高温持久试验
时高温持久试验保持试验温度不变，在达到试验时 长期高温持久试验最终断裂时间为1 827 h，断
间23 h后，每隔8 h提升34.5 MPa应力，直至试样断 裂位置为试样光滑段处。该长期高温持久试样在断
裂；长期高温持久试验保持应力与温度不变，直至试 口附近的ECC形貌如图4所示。由图4可知：试样
样断裂。试验的应力-时间曲线如图1所示。 沿晶界微裂纹处分布着较多的深色不规则块状物，
在上述两种条件下的持久试验断裂后试样上取 该块状物的周围有少量孔洞；白色块状物分布呈链

样，在断口处截取尺寸（长度×宽度）约为5 mm× 状，与短期持久试样的结果一致，初步判断该块状物
10 mm的纵剖截面试样 （含断口），抛光至镜面后，利 相并非由合金的热变形行为导致，而是在热处理过
用场发射扫描电子显微镜(SEM)对试样进行电子背 程中产生的。

图1 高温持久试验应力-时间曲线
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