就金属力学性能而言，大家平时接触最多的是常温下的单向拉伸试验，得到的是我们熟悉的应力-应变曲线。但是在能源、化工、冶金、航空航天等领域，很多零部件必须长期在高温条件下服役，如电厂超超临界火电机组运行参数可达26.25MPa，600℃。对于在此条件下服役的金属材料，如果仅以常温短时静载下的力学性能作为设计选材依据显然是不够的，因为在高温服役环境下材料的力学性能会发生显著变化。材料在工作应力小于该工作温度下材料的屈服强度的情况下，在长期服役过程中也会发生缓慢而连续的塑性变形(即蠕变现象)。

在这里跟大家聊一个暴露年龄的示例，小时候家里通常会用一种灯丝灯泡，就是图1所示的这种。这种灯泡在长时间燃点之后，往往会发现有些灯泡的灯丝有弯曲下垂现象，这其实就是灯丝长时间处于高温环境、在自重作用下的一种蠕变现象。

Inconel601

601合金是一种镍铬合金，在1200°C下有着优异的耐氧化性能。601合金可以产生一种致密的氧化层，在苛刻的循环热环境中来防止氧化。 该合金具有优良的高温强度，在长时间的高温环境下仍然可以保持它特有的韧性。601合金在氧化条件下同样具有良好的耐腐蚀性能。但是不建议在较强还原性、硫化环境中使用601合金由于其巨大的耐氧化性能，601合金应该用相应的601GTAW焊丝进行焊接。RA602CA的焊材比601基材具有更强的耐氧化性能，所以RA602CA的焊材同样可以适用于601合金的焊接。

601合金和304不锈钢相比更难进行机加工。其加工等级相当于15-20%的AISI B 1112

通用商标名

Alloy 601, Inconel® 601, Nickel 601

库存规格

Plate, Sheet, Coil, Pipe

标准

UNS N06601, Werkstoff 2.4851, EN 2.4851

ASTM: B 167, B 168

ASME: SB-167, ASME SB-168

化学成份，%

*ASTM specification 0.20 max C.

材料特性

·在1200度下优异的耐氧化性能

·优异的耐碳化性能

·良好蠕变断裂强度

·冶金性能稳定

主要应用

·铜焊锌，退火和烧结马弗炉和甄式炉。

·辐射管

·丝材退火管

·蒸汽高温加热管组件

·旋转窑和烧结炉

·热（电）偶保护管

物理性能

密度: 0.293 lb/in3

熔点范围: 2375 - 2495°F

* 70°F to indicated temperature.

机械性能

短时间的高温拉伸性能

典型的蠕变断裂性能

一、什么是蠕变

高温下金属力学行为的一个重要特点就是产生蠕变。所谓蠕变，就是金属在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地发生塑性变形的现象。严格来说，蠕变可以发生在任何温度，所谓的温度“高”或“低”是一个相对概念，是相对于金属熔点而言的，故采用“约比温度(T/Tm)”（T为试验温度，Tm为金属熔点，采用热力学温度表示)来表示更合理。通常，当T/Tm>0.3时，蠕变现象才会比较显著，如通常碳钢超过300℃、合金钢超过400℃出现蠕变效应。

说到蠕变机理，金属的蠕变变形主要通过位错滑移、原子扩散等机理进行的。可以简化理解成高温环境为金属材料提供了额外的热激活能，使得位错、空位等缺陷更活跃，更容易克服障碍；在长期应力作用下缺陷的移动具有一定方向性，使得变形不断产生，发生蠕变。当缺陷累计到一定程度，在晶粒交会处或者晶界上第二相质点等薄弱位置附近形成空洞，萌生裂纹并逐渐扩展，最终导致蠕变断裂。

想要很好的认识蠕变现象，还要从典型蠕变曲线开始说起。与我们平时熟悉的材料应力-应变曲线相比，金属的蠕变还需要考虑温度和时间两个因素。

图2是典型蠕变曲线，表示在恒温、恒应力条件下，应变ε随时间τ的变化规律。图中oa段是试样在承受恒定拉应力σ时所产生的瞬间应变，从a点开始随时间τ增加而产生的应变属于蠕变。蠕变曲线上任一点的斜率表示该点的蠕变速率。根据蠕变速率的变化情况，可将蠕变过程分为三个阶段：

I 减速蠕变阶段：又称过渡蠕变阶段，这一阶段开始的蠕变速率很大，随着时间延长蠕变速率逐渐减小，到b点达最小值。这是一个加工硬化作用，由于蠕变变形使位错源开动的阻力及位错滑移的阻力逐渐增大，蠕变速率逐渐降低。

II 恒速蠕变阶段：又称稳态蠕变阶段，这一阶段的特点是蠕变速率基本保持不变，一般所说的金属蠕变速率指的就是这一阶段的蠕变速率。由于应变硬化的发展，促进了动态回复，金属不断软化，当应变硬化与回复软化二者达到平衡时，蠕变速率趋于稳定。

III 加速蠕变阶段：这一阶段蠕变速率随时间增大，到d点时发生蠕变断裂。空洞(可从第二阶段形成)长大、连接形成裂纹而迅速扩散，导致蠕变速度加快，直至发生蠕变断裂。

至于温度和应力对蠕变曲线的影响，大家应该能够直观判断，应力越大或温度越高时，蠕变变形速度越快，蠕变寿命越短。

二、蠕变性能参数及其检测方法

材料的蠕变性能可以用蠕变极限和持久强度极限表示，两者的定义和适用范围不同，可根据实际需要选择。

表1 金属蠕变性能指标

1、蠕变极限

1) 定义

为保证在高温长载荷作用下的机件不致产生过量蠕变，要求金属材料具有一定的蠕变极限。与常温下的屈服强度类似，蠕变极限反映的是金属材料在高温长时载荷作用下的塑性变形抗力指标。蠕变极限适用于不允许发生过量蠕变变形的服役条件下的设计选材。

蠕变极限一般有两种表示方式，二者都是在规定温度(t)下和规定时间(τ)内，材料所能承受的最大应力，区别就在于一种是使稳态蠕变速率( )不超过规定值的最大应力( )，另一种是使试样产生的蠕变总伸长率不超过规定值的最大应力( )。二者其实仅相差一个瞬时变化ε 0，其相差量甚小，可以忽略不计。

2) 试验原理

前文有述，根据材料的工作条件，通常使用的蠕变极限有两种。一种是在规定温度(t)下引起规定的稳态蠕变速率()的应力值，另一种是在规定温度下及规定时间(τ)内引起规定蠕变伸长(δ′)的应力值。在给定试验温度下，欲求得某种合金的δ′-σ关系远比测定-σ关系复杂。因为-σ在对数坐标中呈直线关系。经大量试验总结得出，在一定温度下，稳态蠕变速率与应力σ的关系为：

式中：A1、n为常数，A1是与材料特性和试验温度相关的常数，n为稳态蠕变速率应力指数。

等式两边取对数：

式中A1和n可以由多组试验数据代入公式求得，或者通过在双对数坐标图上绘制应力-稳态蠕变速率关系曲线获得。

3) 试验方案设计

具体测定时，首先选定温度，在同一温度下选择不同应力进行蠕变试验，试验进行至规定时间后停止。试验方案的设计主要是从材料的服役条件出发，确定温度、时间、应力等试验参数。

温度：根据材料实际服役条件确定，比如超超临界火电机组传热管根据应用温度设定为600℃。

时间：金属材料实际服役时间可达数十万小时，但长时间试验会导致试验成本增加，对试验设备也是很大的考验，关键是工程应用周期太长。因此，通常采用加速蠕变试验方法，使试验时间缩短至数十至数万小时。

应力：求蠕变极限的关键是选择应力。实际工作中通常采用尝试法选择应力。也有些学者提出运用一些方法更有目的地选择应力。