[科普中国]-抗蠕变性

用于航空燃气涡轮机的抗蠕变性合金

同族耐热合金包括EI435，EI602和EI868镍合金，能够通过钼、铌和钨强化Y固溶体的奥氏体结构。元素含量的增加提高了合金强度和耐热裂纹性。耐蠕变性、弥散强化的EP648，VkH4L， EP437，EP718和EP914合金对裂纹和热处理敏感。当焊接VZHL14，EP693，EP708，EP199和EP99合金时，采用同族合金填充材料可防止热裂纹1。

电熔刚玉型壳的抗蠕变性抗蠕变性的测试方法经过型壳高温抗变形规律的一系列研究，发现熔模铸造型壳所出现的软化变形和裂纹，往往具有蠕变破坏的性质，其原因是型壳晶（或粒）界处玻璃相在熔融金属动、静压力作用下，发生粘性流动。因此，减少晶界玻璃相的数量，改善其分布状态，形成所谓“直接结合”料的显微结构，乃是提高型壳1550℃以上高温抗蠕变性的关键。直接结合既可是同相间的直接结合，也可是异相间的直接结合。在型壳中，二氧化硅粘结剂所带入的百分之十左右的无定形二氧化硅是形成玻璃相的主要组分之一，因此二氧化硅粘结剂与耐火材料粉粒之间的巨大相界面，就成为整个型壳的薄弱环节了。对于多孔结构的陶瓷型壳，要建立同相的直接结合，型壳需要经很高温度焙烧，势必产生很大的烧结收缩，这是熔模制壳工艺所不允许的。如果能使玻璃相转化为晶相，形成主晶相间以高温稳定的异相直接结合的显微结构，将能有效地改善型壳的抗蠕变性。

为此，必须从控制和改善显微结构入乎，根据相图选择那些容易与粘结剂SiO2生成高温稳定异相的材料。同时，要求耐火料与粘结剂所配制的涂料具有良好的化学稳定性。在使用二氧化硅粘结剂时，熔模铸造常用的普通电熔刚玉按理应是一种有希望用于定向凝固的型壳材料。但是，定向凝固的实践表明，刚玉型壳的抗蠕变性并不好，常出现型壳破裂漏钢的现象。理论与实践的矛盾促使我们进一步研究电熔刚玉的显微结构与抗蠕变性的相关性。

以中温抗蠕变性和高温抗蠕变性来描述型壳的抗蠕变特性。中温抗蠕变性是指经过1050℃焙烧的型壳试样，在1200-1300℃保温一小时的挠度值，它反映型壳在定向凝固加热过程中的抗变形能力。它主要取决于型壳玻璃相的数量、分布、粘度和对晶体的润湿性。高温抗蠕变性是指型壳试样在1600-1650℃保温一小时的挠度值，反映型壳在定向凝固条件下的抗变形能力，它主要取决于使用温度下能否在主晶相间形成高温稳定的异相2。

普通电熔刚玉型壳的抗蠕变性普通电熔刚玉型壳的中温抗蠕变性很差，试样常呈蠕变折断态，只有经过1500℃以上温度焙烧的型壳才具有优良的高温抗蠕变性。型壳焙烧温度不足1500℃时，刚玉相界清晰，而经1500℃以上焙烧后，刚玉相界变得模糊并有鳞片状析出物，这是二次莫来石形成的征兆。x射线衍射分析的结果也证实了二次莫来石的生成。所以，只有经1500℃以上温度焙烧的刚玉型壳才能形成二次莫来石异相直接结合的显微结构，从而具有优良的高温抗蠕变性。相反，在1050-1400℃左右培烧，不但没有二次莫来石生成，而在粘结剂与刚玉的相界面生成以钠长石为主的低枯度玻璃相，导致在定向凝固的加热过程中或使用温度低于1500℃的情况下，型壳就产生蠕变破坏。

电熔刚玉抗蠕变性能的改善改善普通电熔刚玉（EC99）型壳的抗蠕变性，可从提高刚玉品界玻璃相的粘度，减少玻璃相数量和提高刚玉晶体的二次莫来石化能力两方面入手，使形成二次莫来石的温度降低，在形成异晶相之前减少晶界间玻璃相的粘性流动倾向。为此，选择了下述三种类型的电熔刚玉质材料进行试验研究；一是在工业氧化铝中加入适量SiO2电熔合成，获得细晶组织，着重研究SiO2对材料及型壳晶界相组成的影响，二是用工业氧化铝电熔，制成细晶刚玉（ECF99），研究材料品体尺度对刚玉的二次莫来石化能力影响，三是用电熔棕刚玉进行试验，研究分布于玻璃相中的晶相对型壳抗蠕变性的影响，通过这些试验找出提高电熔刚玉型壳抗蠕变性的具体途径3。

总结1.提高刚玉型壳抗蠕变性的本质在于能在较低的焙烧温度下使型壳形成主晶相（刚玉）间以异相（二次莫来石）直接结合的显微结构。

2.型壳材料二次莫来石化能力的强弱是型壳能否在较低的焙烧温度下形成异相直接结合显微结构的核心问题。

3.细化电熔刚玉晶粒不仅能提高材料的反应活性，而且与材料中含有适量SiO2一样能有效地降低Na2O含量，对提高材料的二次莫来石化能力有明显效果，并相应提高了材料的中温抗蠕变性。

4.莫来石结合细晶刚玉（EC95）与细晶刚玉（ECF99）具有优良的抗蠕变性和较小的烧结收缩率。与Al2O3-SiO2系烧结料相比，型壳使用温度可提高150-200℃；型壳厚度可减少1/3-1/2。该材料经1550-1650℃定向凝固实践考验，效果良好，并有希望用于定向共晶工艺之中2。