服務(wù)熱線：雙螺栓管夾用金屬材料在蠕變中的組織變化
2020年03月31日
滄州五森管道有限公司
晶體結(jié)構(gòu)
晶體結(jié)構(gòu)不同原子自擴(kuò)散能力也不同，蠕變速度即隨之發(fā)生變化。純鐵在相同溫度下體心立方的擴(kuò)散能力大于面心立方，所以雙螺栓管夾用低碳鋼在溫度超過相變點(diǎn)時蠕變速度會發(fā)生突變。
金剛石結(jié)構(gòu)的元素原子自擴(kuò)散系數(shù)較小，因此Ge、Si具有較高的高溫強(qiáng)度。除晶體結(jié)構(gòu)對原子自擴(kuò)散能力有影響外，反映原子結(jié)合能力的金屬熔點(diǎn)對擴(kuò)散也有很大影響。高熔點(diǎn)金屬擴(kuò)散系數(shù)小，所以高溫材料多添加高熔點(diǎn)元素，如W、Mo、V、Ta、Nb、Ni、Cr等。
亞晶
多晶體的實際變形是不均勻的。
試驗表明純鋁在350℃1.37MPa外加應(yīng)力下經(jīng)9.5h產(chǎn)生的總?cè)渥兩扉L量為18.6％，但每個晶粒的蠕變伸長量是不相同的。小的僅為15％，而大的有36％。由于雙螺栓管夾用材料蠕變過程中變形的不均勻性，到一定程度原始晶粒會被形變交錯組成的狹窄形變帶分割成很多位向略有差異的小晶粒，即形成亞晶。蠕變的 階段和第二階段均可形成亞晶。
亞晶尺寸隨溫度升高和應(yīng)力降低而增大，尺寸增大到一定程度后將不再變化。亞晶界 是位錯墻，是位錯密度很高的位錯胞壁。亞晶的形成過程相當(dāng)于在應(yīng)力作用下的多邊化過程，需要位錯的交錯滑移和攀移。雙螺栓管夾用材料亞晶本身是比較穩(wěn)定的，但是亞晶的相對轉(zhuǎn)動會引起蠕變，因而 整個材料而言，具有亞晶的材料比較容易變形。
晶粒尺寸
雙螺栓管夾用材料蠕變速度與晶粒直徑的關(guān)系如下：
式中：d為 小晶粒直徑，k為材料常數(shù)。
上式表明，雙螺栓管夾用材料低溫恒速蠕變速度與晶粒直徑成正比。隨溫度升高，晶粒不斷長大，高溫下蠕變速度與晶粒直徑成反比。
晶粒尺寸對不同溫度下蠕變速度的影響差異與蠕變機(jī)制有關(guān)。
高溫蠕變是擴(kuò)散機(jī)制，晶界原子擴(kuò)散能力大于晶內(nèi)，晶粒粗大晶界體積減少，使得蠕變速度降低。
晶界
室溫下晶界對滑移起阻礙作用，溫度升高阻礙作用減小。雙螺栓管夾用材料高溫下晶界參與變形，并對總的蠕變形變量產(chǎn)生作用。多晶體蠕變由晶內(nèi)蠕變與晶界蠕變組成。兩部分所占比例與溫度及蠕變速度有關(guān)。晶界變形量占蠕變總變形量的比例隨溫度升高和形變速度的降低而增加，有時甚至高達(dá)40％～50%。
因此晶界參與形變的行為是蠕變變形中不可忽視的重要方面。晶界蠕變是晶界滑移引起的，雙螺栓管夾用材料晶界滑移能力與晶界結(jié)構(gòu)和位向有關(guān)。在小角度晶界范圍內(nèi)，隨位向差增大晶界滑移量也增大，晶界變形量在總變形量中所占比例也越大。純鐵在晶粒直徑30μm時，晶界變形可占總變形的60％。
溶質(zhì)原子
溶質(zhì)原子尺寸、熔點(diǎn)等對固溶體蠕變都有影響。溶質(zhì)引起的點(diǎn)陣畸變越大，位錯運(yùn)動越困難，雙螺栓管夾用材料蠕變越不容易進(jìn)行。溶質(zhì)熔點(diǎn)越高阻礙蠕變的效應(yīng)也越大。高熔點(diǎn)溶質(zhì)的存在可能使得固溶體熔點(diǎn)升高，原子擴(kuò)散 能增大，從而使蠕變速度降低，提高雙螺栓管夾用材料的蠕變強(qiáng)度。鐵基合金中加入Mo、Cr、Ni、Mn等對蠕變強(qiáng)度的影響見圖12。Mo與Fe的原子半徑差 ，且Mo的熔點(diǎn)又高（2625℃），所以能 提高鐵素體鋼的高溫強(qiáng)度。
彌散相
大部分耐熱鋼或耐熱合金為使雙螺栓管夾用材料強(qiáng)化在基體上常有彌散分布的離散相。這些彌散相對蠕變速度的影響見圖。
適當(dāng)?shù)膹浬⑾囝w粒間距是提高材料高溫強(qiáng)度的關(guān)鍵。
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