核电用Inconel合金的蠕变行为
研究了核电用镍基Inconel合金在℃和～MPa下的蠕变过程，分析了蠕变应变随应力、时间的变化规律。利用幂定律和对数定律对试验数据进行拟合，建立了Inconel合金的蠕变本构方程。结果表明：在℃和—MPa应力条件下，Inconel合金初期蠕变速率很大，随着时间延长，合金的加工硬化程度增加，蠕变速率减小；幂定律和对数定律都能较好的拟合Inconel合金的蠕变变形量随时间的变化趋势。与幂定律相比，对数定律拟合的蠕变曲线与试验数据更加接近。Inconel合金的蠕变本构方程
高温服役材料的稳定性受到人们重视，尤其是在航空、核电等领域。大多数金属材料在室温下的蠕变量非常微小，可以忽略不计，但在高温下，金属材料的蠕变过程至关重要。蠕变是材料在高温载荷下，变形随时间增加的流变现象，温度、载荷、时间、组织结构等因素都会影响材料的蠕变行为…。镍基合金在高温强度、耐应力腐蚀断裂(SCC)、耐均匀腐蚀等方面都具有良好的特性。目前，Inconel镍基合金是最适宜用作超临界水堆(SCWR)堆芯的材料。此外，Inconel合金也是加压水冷却反应堆(PWR)中的常用材料]。然而，国内外关于镍基合金的蠕变行为研究主要集中在稳定变形阶段，即稳态蠕变速率与试验时间、温度、应力间的关系，而镍基合金蠕变初始阶段的研究较少。本文结合Inconel合金的蠕变试验，对合金的蠕变行为进行了分析和讨论，并拟合了蠕变本构方程中的相关参数。
1试验材料及方法本文研究的Inconel合金是Ni．cr-Fe基固溶强化合金，为面心立方晶体结构，熔点()为～oC，其化学成分(质量分数，％)为74．40Ni、15．69Cr、9．40Fe、0．08C、0．20Mn、0．18Si、0．04Cu、0．S、0．P。热处理工艺为℃退火1h，然后空冷至室温。将Inconel合金按照GB／T-《金属拉伸蠕变及持久试验方法》加工成标准蠕变试样(标距为25mm，直径为4,5mm)，在INSTRON型电子万能材料试验机上进行高温蠕变试验。蠕变试验的温度为℃，所施加的载荷分别为、、和MPa。
Inconel简介：
合金是镍－铬－铁基固溶强化合金，具有良好的耐高温腐蚀和抗氧化性能、优良的冷热加工和焊接工艺性能，在℃以下具有满意的热强性和高的塑性。合金可以通过冷加工得到强化，也可以用电阻焊、熔焊或钎焊连接。
Inconel国内外对应牌号：
Inconel供货规格：
圆钢、棒材、带材、管材、阀座、球体、法兰和锻件协商供应
Inconel化学成分：
Inconel物理性能：
Inconel在常温下合金的机械性能的MIX：
Inconel力学性能（室温）
Inconel具有以下特性：
1.具有很好的耐还原、氧化、氮化介质腐蚀的性能
2.在室温及高温时都具有很好的耐应力腐蚀开裂性能
3.具有很好的耐干燥氯气和氯化氢气体腐蚀的性能
4.在零下、室温及高温时都具有很好的机械性能
5.具有很好的抗蠕变断裂强度，推荐用在℃以上的工作环境。
Inconel的金相结构：
Inconel为面心立方晶格结构。
Inconel的耐腐蚀性：
合金对于各种腐蚀介质都具有耐腐蚀性。铬的成分使该合金在氧化条件下比镍99.2(合金)和镍99.2（合金,低碳）具有更好的耐腐蚀性。同时，较高的镍含量使合金在还原条件和碱性溶液中具有很好的耐腐蚀性，并且能有效地防止氯-铁应力腐蚀开裂。合金在乙酸、醋酸、蚁酸、硬脂酸等有机酸中具有很好的耐蚀性，在无机酸中具有中等的耐蚀性。在核反应堆中一次和二次循环使用的高纯度水中具有很优秀的耐蚀性。尤其突出的性能是能够抵抗干氯气和氯化氢的腐蚀，应用温度达℃。在高温下，退火态和固溶处理态的合金在空气中具有很好的抗氧化剥落性能和高强度。该合金也能抵抗氨气和渗氮、渗碳气氛，但是在氧化还原条件交替变化时，合金会受到部分氧化介质的腐蚀（如绿色死亡液）
Inconel工艺性能与要求：
热加工
1.热加工温度范围1℃～℃，冷却方式为水淬或快速空冷。
2.得到耐蚀性能和非常适宜的晶体结构，热加工后要进行热处理。
3.材料可以直接送入已升温的炉中。
冷加工
1.冷加工材料应为退火或固溶热处理态，合金的加工硬化率与奥氏体不锈钢接近，因此可以选择类似的加工设备。
2.在冷加工量过程中应进行中间退火。
3.在冷加工量大于5%时，则需要对工件进行固溶处理。
4.为减少材料的磨损，模具应选择合金刀具钢、硬质合金或铸钢。
Inconel焊接工艺
合金焊接性能良好，可用电弧焊、氩弧焊、电阻焊和钎焊等各种方法连接，大型或复杂的焊接结构件在熔焊后应在℃退火1h，以消除焊接应力。
Inconel零件热处理工艺
零件的热处理工艺应按相应的材料标准的热处理制度进行。薄板和带材零件的退火处理应在保护气氛中进行。
Inconel应用范围应用领域有：
1.侵蚀气氛中的热电偶套管2.氯乙烯单体生产：抗氯气、氯化氢、氧化和碳化腐蚀3.铀氧化转换为六氟化物：抗氟化氢腐蚀4.腐蚀性碱金属的生产和使用领域，特别是使用硫化物的环境5.用氯气法制二氧化钛6.有机或无机氯化物和氟化物的生产：7.核反应堆8.热处理炉中曲颈瓶及部件，尤其是在碳化和氮化气氛中9.石油化工生产中的催化再生器在℃以上的应用中推荐使用合金以获得较长的使用寿命。
2试验结果及分析2．1蠕变试验曲线图1为Inconel合金在oC和不同应力下的蠕变曲线，从图1可以看出，试验应力越高，蠕变变形越明显。随着形变加工硬化的产生，Inconel合金的蠕变速率逐渐降低J，从而导致蠕变初期的应变速率相对大于蠕变后期的应变速率i(如表1所示)。通常认为当试验温度小于0．4Tm时，位错滑移是蠕变过程中的主要变形机制，因此可以认为在oC下，合金的蠕变是位错随时间滑移的结果。
2．2蠕变本构方程参数拟合受单向拉伸应力时，测试试样的蠕变应变量与温度、应力、时间t和材料的组织结构有关，可用下述方程描述：
温度主要影响蠕变的热激活过程，可用Arrhenius定律进行修正，即()可用式(2)描述；应力对蠕变行为的影响用Norton应力指数模型l4描述；时间硬化模型可用幂定律(式(3))和对数定律(式(4))¨表示：
其中：A和A为常数项；／／,为应力指数；Q为蠕变激活能；为气体常数(8．31J／(K·too1))，T为绝对温度；为蠕变时间；m、t。为蠕变时间参数。当蠕变温度恒定时，式(3)和式(4)可简化为式(5)和式(6)。
根据简化后的本构关系方程(式(5)和式(6))，利用ORIGIN数据处理软件对Inconel合金的蠕变曲线进行拟合，可以得到式(5)和式(6)中的蠕变时间参数m和。，如表2所示。
采用幂定律和对数定律本构关系拟合后的应变一时间曲线如图2所示。通过与试验值进行对比发现，幂定律和对数定律都能较好地拟合Inconel合金的蠕变变形量随时间的变化趋势。与幂定律相比，对数定律拟合的蠕变曲线与试验数据更加接近。在较低应力载荷条件下，幂定律中参数m值接近，约为0．，同时可计算得B=1．x10，n=3．；对数定律的参数t。，约为6．h，计算得B2=1．x10，n=3．。当应力增加至MPa时，参数m和t。突然有比较大的变化。有分析指出，Norton应力指数模型能较好地描述低应力下的蠕变过程，但对于应力较高或者应力发生变化的过程，该模型并不适用，后者通常使用双曲正弦型本构模型r4描述。本文采用幂定律和对数定律描述蠕变过程中的时间硬化模型，建立了Inconel合金蠕变本构方程，能够较准确地描述℃、～MPa应力条件下的蠕变行为。根据本文的拟合结果，蠕变应变与时间、应力的关系可用式(7)和式(8)描述。
3结论1)Inconel合金在cc和—MPa应力条件下的蠕变曲线呈现出典型的第一阶段特征，即初期蠕变速率很大，随着时间延长，合金的加工硬化程度增加，蠕变速率减小。2)在oC和～MPa的蠕变条件下，幂定律和对数定律都能较好地拟合Inconel合金的蠕变曲线。与幂定律相比，对数定律的拟合值与试验数据更加接近。3)Norton应力指数模型能够较好地描述低应力(—MPa)条件下的蠕变本构关系，而高应力(MPa)条件下的误差较大。
#inconel#
联系电话：