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控制凝固對不銹鋼厚壁管拉伸強度的影響。雜亂的多晶組織(PWA659)和定向凝固組織厚壁鋼管的拉伸強度相比較，后者至少到1700°F (927℃)還具有較高的強度。單晶組織(PWA1409)在室溫和較低溫度下卻得到了高得多的強度。定向凝固厚壁管，甚至在其形變特征方面也表現(xiàn)出好得多的相對優(yōu)越性。這個不銹鋼厚壁管的三種組織的拉伸延伸率，而且也容易看到，晶界在逐漸移動中所提高延伸能力，特別在應力集中存在的情況下，這種延伸能力對疲勞性能是所希望。為了抵抗熱應力，低彈性模量是所希望的，由于一定的應變（由熱約束所施加的）本身引起的熱應力較低。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。為PWA659、PWA664和PWA1409厚壁管在三種溫度3400°F、1600°F和1800°F和三個應力水平的情況下的持久塑性和持久壽命的比較。對于在所有三種試驗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度和塑性的顯著增加。因此，消除晶界和適當選擇保持單晶或柱狀晶的結晶取向已改善了性能。前面討論的關于低溫晶界的強化特性似乎與這些結果相矛盾。然而，只要認識到：一直到中溫，晶界所能夠強化的晶粒，由于結晶方向對所力Ⅱ應力方向的不利而變弱，那實際就不矛盾了。當然必須進一步認識到，如果不是由于不銹鋼厚壁管多晶體結構而帶來的雜亂晶粒取向，就不會出現(xiàn)這些弱化晶粒。顯然，由適當控制結晶取向的定向凝固鑄造所得到的強度要比由普通鑄造而來的雜亂多晶體結構的晶界所得到的強度更大些。

NASA-Lewis研究中心，用不銹鋼厚壁管的和定向凝固的MA.R-M200取得的熱疲勞試驗結果示子圖15。如圖所示，這里模擬渦輪葉片的試祥交替承受高速燃氣和冷卻空氣的沖擊。圖中示出未裂的試樣數(shù)量與加熱循環(huán)數(shù)的關系。試驗的七個不規(guī)則的多晶材料的試樣中，就有六個在20次循環(huán)后開裂；所有的都在40次循環(huán)后開裂。而定向凝固材料甚至在100次循環(huán)后中斷試驗時，在試驗的七個試樣中卻沒有任何一個開裂。

Pratt和Whitney在定向凝固方面作了早期的工作，后來繼續(xù)由NASA用自己發(fā)展的一些材料進行了研究。一般說來，對于鎳基合金，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。然而一些具有相當高的塑性材料，由于對定向凝固不適合故其性能不是用這種方法改進的。這種工藝仍然是相當昂貴的（即使改進技術可能會降低一些成本）。因此，這個途徑將來的發(fā)展不取決于適合此工藝的合金而取決于成本因素。目前應用僅限于實驗研究和一些專利的使用鑒定。在成本上的總耗費是否會由改善的性能來補償，尚待確定。