Inconel617簡介：?該合金在熱腐蝕領(lǐng)域中如硫化環(huán)境，尤其是高達1100℃循環(huán)的氧化和碳化環(huán)境中具有極好的耐腐蝕能力。這些耐腐蝕性加上出色的機械性能，使這種合金特別適用于高溫領(lǐng)域。在高達1100℃高溫下具有很好的瞬時和長期機械性能。應(yīng)用于工業(yè)和航空汽輪機部件、空氣加熱器、馬弗罐和輻射館、高溫?zé)峤粨Q器、閥和彈簧、高溫氣體冷卻核反應(yīng)堆，如核反應(yīng)堆高溫部件-氦/氦介質(zhì)熱交換器、化工設(shè)備、石化工業(yè)中的螺旋管和管道等。Inconel617工藝性能與要求：

1、合金合適的熱加工溫度為1200-950℃，冷卻方式可以是水淬或其他快速冷卻方式，材料須在加熱爐達到最高爐溫時入爐。

2、該合金的晶粒度平均尺寸與鍛件的變形程度、終鍛溫度密切相關(guān)。

3、合金焊縫附近的氧化物要比不銹鋼的更難以去除。機械或化學(xué)方法都可以采用，用機械方法時，要避免產(chǎn)生金屬污染和高的表面變形。在硝酸和氫氟酸的混合酸中酸洗之前，也要用砂紙去除氧化物或進行鹽浴預(yù)處理。

4、合金很適合于焊接，包括鎢電極電弧焊（GTAW/TIG）、手工電弧焊（GMAW/MIG）、脈沖弧焊和保護氣體弧焊。

1?實驗

1.1?數(shù)據(jù)來源

（1）文中所用數(shù)據(jù)來源于美國特殊金屬公司(Special Metals)公開的617合金資料，其中與持久性能有關(guān)的數(shù)據(jù)包括以下兩部分{5}

（2）595~1095℃溫度區(qū)間內(nèi)的實驗應(yīng)力與蠕變斷裂時間(具體見圖1)。其中，應(yīng)力與斷裂時間的范圍分別為1~75ksi(6~520MPa)與15~46500h,試樣分棒材與板材2種。

595~1095℃溫度區(qū)間內(nèi)的蠕變速率，范圍為0.00005%~0.1%,試樣分棒材、板材、冷拔管與擠壓管4種。

本文中用到的主要是（1）與斷裂時間及應(yīng)力有關(guān)的部分；此外，考慮到數(shù)據(jù)的一致性只選擇了棒狀試樣斷裂后獲得的持久實驗點(板狀試樣的數(shù)量遠小于棒狀試樣，在文中暫不作處理)。

1.2?數(shù)據(jù)篩選與LMP建模

時間-溫度參數(shù)法形成于20世紀50年代，該方法綜合考慮了溫度和應(yīng)力與斷裂時間之間的關(guān)系，通過把時間、溫度表示成一個可以相互補償?shù)膮?shù)，并與應(yīng)力相關(guān)聯(lián)同。其中，Larson-Miller法是目前國、內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的方法{7}：

式中：T為持久實驗溫度，K;t,為蠕變斷裂時間，h;C為與材料有關(guān)的常數(shù)。在已知C值的前提下，可用P參數(shù)評估材料的持久性能。從式(1)可以看出，溫度T對P參數(shù)值的大小影響很明顯，該方法主要運用的是持久實驗加速法中的溫度加速法。

根據(jù)圖1中的實驗溫度，將數(shù)據(jù)點分為以下3類：1)595~1095℃;2)595~980℃;3)595~870℃。然后，對每個溫度區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)分別利用LMP法建模，其中，C值的選取沒有使用通常的20,而是通過最小二乘法計算得出：獲得使P參數(shù)與應(yīng)力之間進行擬合時具有最優(yōu)相關(guān)系數(shù)的Cl?。圖2為利用上述3類數(shù)據(jù)得到的LMP主曲線。從圖2中可以看出，隨著數(shù)據(jù)篩選原則的不同，LMP參數(shù)中的C值不斷變化；但整體上3條主曲線與實驗點擬合程度均較好，相關(guān)系數(shù)R2均高于98%。

1.3?持久強度預(yù)測

持久強度表示材料在高溫和應(yīng)力長期共同作用下的抗斷裂能力，對于計劃用于A-USC機組過/再熱器等部件的617合金而言，對蠕變速率的限制不嚴，但必須保證在規(guī)定時間內(nèi)不致破裂，因此持久強度是其主要的設(shè)計依據(jù)。利用上述3條LMP主曲線對合金不同溫度10?h的持久強度進行外推，并與圖1中所給參考值作對比，分析二者的相對誤差，結(jié)果見表1。

從表1中可以看出，隨著建模使用溫度的上升，外推值與參考值的相對誤差值越來越大，但其LMP參數(shù)與應(yīng)力之間均呈現(xiàn)很好的擬合優(yōu)度。因此，在運用時間-溫度參數(shù)法進行預(yù)測時，不能只立足于分析主曲線，應(yīng)將其分解至各個溫度以觀性能外推效果。為了進一步證實數(shù)據(jù)篩選對預(yù)測精確性的影響，選擇現(xiàn)有數(shù)據(jù)中蠕變斷裂時間最長的實驗點一760℃/46052h條件下的應(yīng)力進行預(yù)測，結(jié)果如圖3所示。與前述相對誤差的比較相一致，使用595~870℃范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)獲得的應(yīng)力預(yù)測值與真實實驗值最為接近，而用595~1095℃范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)獲得的應(yīng)力預(yù)測值與真實值差別最大，表明數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對預(yù)測結(jié)果精度的重要性。

2?分析

2.1?持久曲線形狀

圖4示出了由等溫線法獲得的持久曲線斜率與實驗溫度的關(guān)系(為了便于分析，圖4中所示斜率為真實斜率的絕對值)。

從圖4可以看出，隨著持久實驗溫度的上升，雖然斜率沒有呈單調(diào)上升趨勢，但整體是上升的，這一特征在870℃以上的溫度中更為明顯。值得注意的是，1095℃時的斜率較低，這應(yīng)與該溫度下斷裂時間在100h左右的數(shù)據(jù)點應(yīng)力值相同或變化不大有關(guān)：大應(yīng)力短時斷裂數(shù)據(jù)點所占比例過高導(dǎo)致了斜率的不升反降。對斜率的分析表明，隨著實驗時間的延長各溫度持久性能下降的速率是不同的，溫度越高下降越快，因此不能籠統(tǒng)地使用全部溫度區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)進行評估。

2.2?顯微組織變化

Inconel 617合金的顯微組織由奧氏體基體y+y'+碳化物/碳氮化物(如MC、M??C?、TiN)等組成，其主要強化相是彌散分布于晶內(nèi)的γ'相及均勻分布在晶界的M??C?。圖59為Ren等人利用熱力學(xué)軟件Thermo-Calc模擬得到的617合金在600~1400℃范圍內(nèi)的平衡相圖9。從圖5中可以看出，γ相的溶解溫度約為900℃,隨著溫度的上升，y'相數(shù)量不斷減少直至全部回溶于基體；M??C?的溶解溫度較高，約為1200℃,但數(shù)量在900~1000℃呈現(xiàn)出較為明顯的下降趨勢。另有研究指出，隨著溫度的升高，γ及M??C?等相會不斷地粗化4,101。因此，當持久實驗的溫度高于900℃時，合金中y'相的數(shù)量會大幅度減少甚至消失，尺寸會急劇長大，導(dǎo)致與基體的共格性逐漸消失；M??C?的溶解溫度雖然較高，但其數(shù)量的減少以及顆粒的粗化亦會降低對晶界的強化作用。晶內(nèi)、晶界強化相作用的同時減弱造成了持久曲線斜率在高溫段的上升。

3結(jié)論

分析表明，由于617合金在中溫段與高溫段顯微組織，特別是強化相的明顯變化，導(dǎo)致了合金強化效果的不同，宏觀表現(xiàn)為不同溫度下持久實驗曲線斜率不同，這也是當使用不同溫度區(qū)間的數(shù)據(jù)點建模后持久強度預(yù)測值有明顯差異的內(nèi)在原因。因此，在使用時間-溫度參數(shù)法評估此類合金的長時持久強度時，不應(yīng)追求過高的溫度來加速實驗，對于900℃以上的實驗數(shù)據(jù)更要慎用；另一方面，對C值的優(yōu)化可以獲得更為可靠的擬合相關(guān)系數(shù)，進一步提高持久性能評估的準確性，減少過高或過低的錯誤估計。