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金屬沿晶斷裂是如何發(fā)生的?

嘉峪檢測網(wǎng)        2024-09-03 08:21

沿晶斷裂是指裂紋沿晶界發(fā)生并沿晶界擴展,最終導(dǎo)致材料斷裂的失效方式。當多晶體材料發(fā)生塑性變形時,晶內(nèi)位錯會產(chǎn)生滑移,晶界也會發(fā)生一定的轉(zhuǎn)動,以協(xié)調(diào)相鄰晶粒的變形。

 

這需要晶界具有一定的強度。如果晶界結(jié)合力比較弱,材料受力時不足以協(xié)調(diào)晶粒之間的變形,裂紋就會沿晶界先行開裂,開裂面就是沿晶開裂斷面。沿晶斷面見圖1。

 

圖1

 

工業(yè)上常用的金屬材料晶界弱化的原因有以下幾種:

 

1、晶界有脆性相析出。脆性相沿晶界呈網(wǎng)絡(luò)狀或者連珠狀分布,這種特征使晶界的變形能力遭到嚴重削弱,受力時很容易沿析出物界面剝離。如晶界存在網(wǎng)狀滲碳體,就是這種情況。這種情況下的沿晶斷面上,常??梢钥吹揭恍┪龀鱿啻嬖?。

 

2、過燒或者晶間腐蝕,使晶間有大量氧化物生成。如果鋼鐵材料加熱時,溫度過高,會造成晶界過燒,這時晶界有一薄層FeO生成,嚴重削弱了晶界的結(jié)合力。如果金屬材料使用環(huán)境腐蝕性較嚴重,晶間也會慢慢被腐蝕弱化,形成晶間開裂。晶界腐蝕見圖2。

 

 

圖2

 

3、雜質(zhì)元素富集于晶界。由于工藝因素導(dǎo)致As、Sn、Sb、P等有害元素偏聚于晶界,使晶界結(jié)合力降低?;鼗鸫嘈跃褪请s質(zhì)元素擴散到晶界導(dǎo)致的。

 

4、氫脆。氫原子直徑比較小,容易偏聚于晶界,形成氫氣,使晶界膨脹,當膨脹力足夠大時,會使晶界發(fā)生開裂。氫原子進入鋼鐵的途徑:一是高溫溶解。溫度較高時,氫原子在鋼中的溶解度較大,但當溫度降低時,氫原子的在鋼中的溶解度急劇降低。過飽和的氫原子會向缺陷較多的晶界偏聚。二是環(huán)境中的氫元進入。如氫原子通過電解進入基體金屬;酸性環(huán)境中,氫原子擴散進入。氫脆斷口見圖3。

 

 

氫原子導(dǎo)致的沿晶開裂,常常具有延遲性,所以也叫做延遲開裂。延遲開裂的沿晶面上一般有雞爪狀特征。

 

 

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來源:材料科學(xué)分析

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