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控制凝固對(duì)不銹鋼厚壁管拉伸強(qiáng)度的影響。雜亂的多晶組織(PWA659)和定向凝固組織厚壁鋼管的拉伸強(qiáng)度相比較，后者至少到1700°F (927℃)還具有較高的強(qiáng)度。單晶組織(PWA1409)在室溫和較低溫度下卻得到了高得多的強(qiáng)度。定向凝固厚壁管，甚至在其形變特征方面也表現(xiàn)出好得多的相對(duì)優(yōu)越性。這個(gè)不銹鋼厚壁管的三種組織的拉伸延伸率，而且也容易看到，晶界在逐漸移動(dòng)中所提高延伸能力，特別在應(yīng)力集中存在的情況下，這種延伸能力對(duì)疲勞性能是所希望。為了抵抗熱應(yīng)力，低彈性模量是所希望的，由于一定的應(yīng)變（由熱約束所施加的）本身引起的熱應(yīng)力較低。兩種定向凝固材料比普通304不銹鋼厚壁管有較低的彈性模量。由于厚壁管較高蠕變斷裂性能和熱疲勞性能，可以看到定向凝固材料在使用中的主要優(yōu)點(diǎn)。為PWA659、PWA664和PWA1409厚壁管在三種溫度3400°F、1600°F和1800°F和三個(gè)應(yīng)力水平的情況下的持久塑性和持久壽命的比較。對(duì)于在所有三種試驗(yàn)條件下的定向凝固材料在持久壽命和持久塑性方面都取得了顯著的改善。三種材料間的差異隨溫度增加而減少。

令人注意的是：與雜亂多晶組織相比，借助于控制凝固已獲得了室溫強(qiáng)度和塑性的顯著增加。因此，消除晶界和適當(dāng)選擇保持單晶或柱狀晶的結(jié)晶取向已改善了性能。前面討論的關(guān)于低溫晶界的強(qiáng)化特性似乎與這些結(jié)果相矛盾。然而，只要認(rèn)識(shí)到：一直到中溫，晶界所能夠強(qiáng)化的晶粒，由于結(jié)晶方向?qū)λ�力Ⅱ�?yīng)力方向的不利而變?nèi)�，那�?shí)際就不矛盾了。當(dāng)然必須進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，如果不是由于不銹鋼厚壁管多晶體結(jié)構(gòu)而帶來(lái)的雜亂晶粒取向，就不會(huì)出現(xiàn)這些弱化晶粒。顯然，由適當(dāng)控制結(jié)晶取向的定向凝固鑄造所得到的強(qiáng)度要比由普通鑄造而來(lái)的雜亂多晶體結(jié)構(gòu)的晶界所得到的強(qiáng)度更大些。

NASA-Lewis研究中心，用不銹鋼厚壁管的和定向凝固的MA.R-M200取得的熱疲勞試驗(yàn)結(jié)果示子圖15。如圖所示，這里模擬渦輪葉片的試祥交替承受高速燃?xì)夂屠鋮s空氣的沖擊。圖中示出未裂的試樣數(shù)量與加熱循環(huán)數(shù)的關(guān)系。試驗(yàn)的七個(gè)不規(guī)則的多晶材料的試樣中，就有六個(gè)在20次循環(huán)后開(kāi)裂；所有的都在40次循環(huán)后開(kāi)裂。而定向凝固材料甚至在100次循環(huán)后中斷試驗(yàn)時(shí)，在試驗(yàn)的七個(gè)試樣中卻沒(méi)有任何一個(gè)開(kāi)裂。

Pratt和Whitney在定向凝固方面作了早期的工作，后來(lái)繼續(xù)由NASA用自己發(fā)展的一些材料進(jìn)行了研究。一般說(shuō)來(lái)，對(duì)于鎳基合金，定向凝固最大的改善了在常溫到18000F左右溫度范圍。又如圖l6c22’所示的不少304不銹鋼厚壁管材料亦可望提高大約兩倍的持久壽命。然而一些具有相當(dāng)高的塑性材料，由于對(duì)定向凝固不適合故其性能不是用這種方法改進(jìn)的。這種工藝仍然是相當(dāng)昂貴的（即使改進(jìn)技術(shù)可能會(huì)降低一些成本）。因此，這個(gè)途徑將來(lái)的發(fā)展不取決于適合此工藝的合金而取決于成本因素。目前應(yīng)用僅限于實(shí)驗(yàn)研究和一些專(zhuān)利的使用鑒定。在成本上的總耗費(fèi)是否會(huì)由改善的性能來(lái)補(bǔ)償，尚待確定。