Межкристаллитный перелом - Intergranular fracture - Wikipedia

Межкристаллитный перелом происходит, когда трескаться распространяется по границы зерен материала, обычно когда эти границы зерен ослаблены.[1] Чаще всего встречается трансгранулярный перелом, возникает при прорастании трещины сквозь зерна материала. По аналогии, в кирпичной стене межкристаллитный разрыв будет соответствовать трещине, которая происходит в растворе, который удерживает кирпичи вместе.

Межкристаллитное растрескивание может произойти при неблагоприятном воздействии окружающей среды, и этому способствуют большие размеры зерен и более высокие напряжения.[1] Межкристаллитное растрескивание возможно в широком диапазоне температур.[2] В то время как трансгранулярному растрескиванию способствует локализация деформации (что, в свою очередь, стимулируется меньшими размерами зерен), межкристаллитному растрескиванию способствует гомогенизация деформации, возникающая из-за крупных зерен.[3]

Межкристаллитная трещина, возникающая в результате распространения трещины по границам зерен

Охрупчивание, или потеря пластичности, часто сопровождается изменением режима разрушения с трансгранулярного на межкристаллитный.[4] Этот переход особенно важен в механизме охрупчивания примесным атомом.[4] Кроме того, водородное охрупчивание - это обычная категория охрупчивания, при которой можно наблюдать межкристаллитное разрушение.[5]

Межкристаллитный разрыв может происходить в самых разных материалах, включая стальные сплавы, медные сплавы, алюминиевые сплавы и керамику.[6][7][3] В металлах с несколькими решетка ориентации, когда одна решетка заканчивается и начинается другая, трещина меняет направление, чтобы следовать за новым зерном. В результате получается довольно неровный вид трещины с прямыми краями зерна и может быть видна блестящая поверхность. В керамике межканальные трещины распространяются через границы зерен, образуя гладкие неровные поверхности, на которых зерна можно легко идентифицировать.

Механизмы межкристаллитного перелома

Хотя межкристаллитное растрескивание легко определить, точная причина более сложна, так как механизмы более разнообразны, чем при трансгранулярном переломе.[6] Есть несколько других процессов, которые могут привести к межкристаллитному разрушению или преимущественному распространению трещин на границах зерен:[8][6]

  • Зарождение микропустот и коалесценция на включениях или частицах второй фазы, расположенных вдоль границ зерен
  • Образование трещин и каверн на границе зерен, связанных с условиями разрушения при повышенных температурах.
  • Декогезия между смежными зернами из-за присутствия примесных элементов на границах зерен и в сочетании с агрессивной атмосферой, такой как газообразный водород и жидкие металлы
  • Коррозионное растрескивание под напряжением процессы, связанные с химическим растворением по границам зерен
  • Условия циклической нагрузки
  • Когда материал имеет недостаточное количество независимых систем скольжения для размещения Пластическая деформация между смежными зернами. Это также известно как межкристаллитный разрыв или разделение границ зерен.
  • Более быстрая диффузия по границам зерен, чем по внутренней части зерен
  • Более быстрое зарождение и рост выделений на границах зерен
  • Гашение трещин или рост трещин после закалка процесс, является еще одним примером межкристаллитного разрушения и почти всегда происходит в результате межкристаллитных процессов.[6] Этому процессу закалочного растрескивания способствуют ослабленные границы зерен и большие размеры зерен, а также на него дополнительно влияет температурный градиент, при котором происходит закалка, и объемное расширение во время превращения.

С энергетической точки зрения, энергия, выделяемая при распространении межзеренной трещины, выше, чем предсказывается Теория гриффита, подразумевая, что дополнительный член энергии для распространения трещины происходит от зернограничного механизма.[9]

Типы межкристаллитного перелома

Межгранулярный перелом можно разделить на следующие категории:[6]

  • Ямчатый межзеренный перелом включает случаи, когда слияние микропустот происходит на границах зерен в результате ползучести, кавитации или зарождения пустот на выделениях на границах зерен. Такой перелом характеризуется ямочками на поверхности. Ямчатая межзеренная трещина обычно приводит к низкой макроскопической пластичности, с ямчатой ​​топологией, обнаруживаемой на гранях зерен при наблюдении с большим увеличением (от 1000 до 5000x). Примеси, которые адсорбируются на границах зерен, способствуют образованию ямчатого межзеренного разрушения.[6]
  • Межкристаллитный хрупкий перелом включает случаи, когда на поверхности зерен нет ямок, указывающих на слияние микропустот. Такое разрушение называется хрупким из-за разрушения до пластической деформации.[4] Причины включают хрупкие частицы второй фазы на границах зерен, примеси или сегрегацию атомов на границы зерен, и охрупчивание, вызванное воздействием окружающей среды.[6]
  • Межкристаллитный усталостный перелом включает в себя случаи, когда интегральная трещина возникает в результате циклической нагрузки, или усталость. Этот особый тип межкристаллитного разрушения часто связан с неправильной обработкой материалов или суровыми условиями окружающей среды, когда зерна сильно ослаблены.[6] Напряжение, прикладываемое при повышенных температурах (ползучесть), выделения на границах зерен, термическая обработка, вызывающая сегрегацию на границах зерен, и ослабление границ зерен, вызванное воздействием окружающей среды, могут привести к межкристаллитной усталости.[7]

Роль растворенных веществ и примесей

При комнатной температуре межкристаллитное разрушение обычно связано с изменением когезии в результате сегрегации растворенных веществ или примесей на границах зерен.[10] Примерами растворенных веществ, которые, как известно, влияют на межкристаллитное разрушение, являются сера, фосфор, мышьяк и сурьма, особенно в сталях, свинец в алюминиевых сплавах и водород во многих конструкционных сплавах.[10] При высоких уровнях примесей, особенно в случае хрупкость водорода, вероятность межзеренного перелома выше.[6] Предполагается, что растворенные вещества, такие как водород, стабилизируют и увеличивают плотность вызванных деформацией вакансий,[11] приводящие к микротрещинам и микропустотам на границах зерен.[5]

Роль ориентации границ зерен

Межкристаллитное растрескивание зависит от относительной ориентации общей границы между двумя зернами. Траектория межзеренного разрушения обычно происходит вдоль границы зерен с наибольшим углом.[6] В ходе исследования было показано, что растрескивание никогда не проявлялось для границ с разориентацией до 20 градусов, независимо от типа границы.[12] При больших углах были видны большие области с трещинами, без трещин и смешанного поведения. Результаты предполагают, что степень растрескивания границ зерен и, следовательно, межзеренного разрушения в значительной степени определяется пористостью границ или степенью несоответствия атомов.[12]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Норман Э. Доулинг, Механическое поведение материалов, четвертое издание, Pearson Education Limited.
  2. ^ Chêne, J .; Брасс, А. М. (2004). «Роль температуры и скорости деформации на индуцированный водородом межзеренный разрыв в сплаве 600». Металлургические операции и операции с материалами A. ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 35 (2): 457–464. Дои:10.1007 / s11661-004-0356-5. ISSN  1073-5623.
  3. ^ а б Liang, F.-L .; Лэрд, К. (1989). «Контроль межкристаллитного усталостного растрескивания за счет однородности скольжения в меди I: влияние размера зерна». Материаловедение и инженерия: A. Elsevier BV. 117: 95–102. Дои:10.1016/0921-5093(89)90090-7. ISSN  0921-5093.
  4. ^ а б c Томас Кортни, Механическое поведение материалов, второе издание, Waveland Press, 2000.
  5. ^ а б Nagumo, M .; Мацуда, Х. (2002). «Функция водорода при межкристаллитном разрушении мартенситных сталей». Философский журнал А. Informa UK Limited. 82 (17–18): 3415–3425. Дои:10.1080/01418610208240452. ISSN  0141-8610.
  6. ^ а б c d е ж грамм час я j С. Лэмпман, Справочник ASM Том 11: Анализ и предотвращение отказов, Межкристаллитные трещины, ASM International, 2002. 641-649.
  7. ^ а б Briant, C.L .; Банерджи, С. К. (1978). «Межкристаллитный разрыв в стали: роль зернограничного состава». Международные обзоры металлов. Informa UK Limited. 23 (1): 164–199. Дои:10.1179 / imtr.1978.23.1.164. ISSN  0308-4590.
  8. ^ Ричард В. Герцберг, Ричард П. Винчим Джейсон Л. Герцберги, Механика деформации и разрушения инженерных материалов, пятое издание, John Wiley and Sons Inc.
  9. ^ Farkas, D .; Van Swygenhoven, H .; Дерлет, П. М. (2002-08-01). «Межкристаллитный разрыв в нанокристаллических металлах». Физический обзор B. Американское физическое общество (APS). 66 (6): 060101 (R). Дои:10.1103 / Physrevb.66.060101. HDL:10919/47855. ISSN  0163-1829.
  10. ^ а б Томпсон, Энтони У .; Knott, Джон Ф. (1993). «Микромеханизмы хрупкого разрушения». Металлургические операции A. ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 24 (3): 523–534. Дои:10.1007 / bf02656622. ISSN  0360-2133.
  11. ^ Bönisch, M .; Zehetbauer, M.J .; Кристиан, М .; Сетман, Д .; Крекснер, Г. (2011). «Стабилизация дефектов решетки в гидриде палладия, деформированном HPT». Форум материаловедения. Scientific.Net. 667–669: 427–432. Дои:10.4028 / www.scientific.net / MSF.667-669.427.
  12. ^ а б Rath, B.B .; Бернштейн, И. М. (1971). «Связь между ориентацией границ зерен и межкристаллитным растрескиванием». Металлургические операции. ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 2 (10): 2845–2851. Дои:10.1007 / bf02813262. ISSN  0360-2133.