抗蠕变性

抗蠕变性是指材料在恒载条件下，随着时间的推移，其变形程度逐渐增大的现象。这种现象在塑料等高分子材料以及金属材料中都会出现，特别是在温度变化的情况下，更能反映出材料的稳定情况。

抗蠕变性合金的应用

在航空燃气轮机领域，一些镍合金如EI435、EI602和EI868等被广泛使用，这些合金可以通过添加钼、铌和钨来增强其奥氏体结构。随着元素含量的增加，合金的强度和耐热裂纹性也随之提升。此外，还有一些耐蠕变性合金如EP648、VkH4L、EP437、EP718和EP914等，它们对裂纹和热处理都比较敏感。在焊接VZHL14、EP693、EP708、EP199和EP99等合金时，可以使用同族合金作为填充材料，以防止热裂纹的发生。

型壳的抗蠕变性及其测试方法

通过对型壳高温抗变形规律的研究，发现型壳的软化变形和裂纹通常具有蠕变破坏的性质。这是因为型壳晶界的玻璃相在熔融金属的压力作用下会发生粘性流动。为了提高型壳在1550℃以上的高温抗蠕变性，关键在于减少晶界玻璃相的数量，改善其分布状态，形成所谓的“直接结合”显微结构。直接结合既可以是同相间的直接结合，也可以是异相间的直接结合。在型壳中，二氧化硅粘结剂所带入的大约10%的无定形二氧化硅是形成玻璃相的主要成分之一。因此，二氧化硅粘结剂与耐火材料颗粒之间的大相界面成为了整个型壳的薄弱环节。对于多孔结构的陶瓷型壳，要建立同相的直接结合，型壳需要经过很高的温度焙烧，这可能会导致较大的烧结收缩，而这在熔模制壳工艺中是不允许的。如果能使玻璃相转化为晶相，形成主晶相之间以高温稳定的异相直接结合的显微结构，则能有效改善型壳的抗蠕变性。为此，必须从控制和改善显微结构入手，根据相图选择那些易于与粘结剂SiO2形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理论上应该是一种有希望用于定向凝固的型壳材料。然而，定向凝固的实践表明，刚玉型壳的抗蠕变性并不理想，经常会出现型壳破裂漏钢的情况。理论与实践的矛盾促使研究人员进一步研究电熔刚玉的显微结构与其抗蠕变性的关系。型壳的抗蠕变特性可以用中温和高温抗蠕变性来描述。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，它反映了型壳在定向凝固加热过程中的抗变形能力。这一特性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，它反映了型壳在定向凝固条件下的抗变形能力，这一特性主要取决于使用温度下能否在主晶相之间形成高温稳定的异相。

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较差，试样常常呈现蠕变断裂的状态。只有经过1500℃以上温度焙烧的型壳才具有优异的高温抗蠕变性。当型壳焙烧温度不足1500℃时，刚玉相边界清晰，而经过1500℃以上焙烧后，刚玉相边界变得模糊且有鳞片状物质析出，这是二次莫来石形成的迹象。X射线衍射分析的结果也证实了二次莫来石的生成。因此，只有经过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，从而具备优异的高温抗蠕变性。相比之下，在1050-1400℃左右焙烧时，不仅没有二次莫来石生成，反而在粘结剂与刚玉的相界面生成以钠长石为主的低粘度玻璃相，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，型壳就会产生蠕变破坏。

改善电熔刚玉型壳的抗蠕变性

为了改善普通电熔刚玉（EC99）型壳的抗蠕变性，可以从两个方面入手：一是提高刚玉晶界玻璃相的粘度，减少玻璃相的数量；二是提高刚玉晶体的二次莫来石化能力，使得形成二次莫来石的温度降低，在形成异相之前减少晶界间玻璃相的粘性流动倾向。为此，进行了如下三个方面的实验研究：首先，在工业氧化铝中加入适量的SiO2电熔合成，获得了细晶组织，重点研究了SiO2对材料及型壳晶界相组成的影响；其次，利用工业氧化铝电熔制成细晶刚玉（EC99），研究了材料晶体尺寸对刚玉二次莫来石化能力的影响；第三，使用电熔棕刚玉进行试验，研究了分布在玻璃相中的晶对型壳抗蠕变性的影响。通过这些实验，找到了提高电熔刚玉型壳抗蠕变性的具体途径。

参考资料

解析超高分子量聚乙烯耐磨管的抗蠕变性.淄博向东超高分子材料有限公司.2024-10-31

GH2135合金的抗蠕变性能研究及其在航空制造业中的应用.百家号.2024-10-31

电熔刚玉型壳的抗蠕变性与显微结构.知网空间.2024-10-31