Intergranulární zlomenina - Intergranular fracture - Wikipedia

Intergranulární zlomenina nastane, když a crack šíří se podél hranice zrn materiálu, obvykle když jsou tyto hranice zrn oslabeny.[1] Čím častěji je vidět transgranulární zlomenina, nastává, když trhlina roste skrz zrna materiálu. Analogicky by ve zdi z cihel intergranulární zlomenina odpovídala zlomenině, ke které dochází v maltě, která drží cihly pohromadě.

K mezikrystalovému praskání pravděpodobně dojde, pokud bude mít nepřátelský vliv na životní prostředí a bude upřednostňován větší velikostí zrn a vyšším namáháním.[1] Mezikrystalové praskání je možné v širokém rozsahu teplot.[2] Zatímco transgranulární praskání je upřednostňováno lokalizací kmene (což je naopak podporováno menší velikostí zrn), intergranulární zlomenina je podporována homogenizací kmene vyplývající z hrubých zrn.[3]

Mezikrystalová zlomenina vzniklá šířením trhlin podél hranic zrn

Křehkost nebo ztráta tažnosti je často doprovázena změnou režimu zlomenin z transgranulární na intergranulární zlomeninu.[4] Tento přechod je zvláště významný v mechanismu křehnutí atomu nečistota.[4] Vodíkové křehnutí je navíc běžnou kategorií křehkosti, při které lze pozorovat mezikrystalovou zlomeninu.[5]

Mezikrystalová zlomenina se může vyskytnout v široké škále materiálů, včetně slitin oceli, slitin mědi, slitin hliníku a keramiky.[6][7][3] V kovech s více mříž orientace, když jedna mříž končí a druhá začíná, zlomenina změní směr, aby sledovala nové zrno. To má za následek poměrně zubatě vypadající zlomeninu s rovnými hranami zrna a lze vidět lesklý povrch. V keramice se interganulární zlomeniny šíří přes hranice zrn a vytvářejí hladké hrbolaté povrchy, kde lze zrna snadno identifikovat.

Mechanismy mezikrystalové zlomeniny

I když je snadné identifikovat mezikrystalové praskliny, určení příčiny je složitější, protože mechanismy jsou ve srovnání s transgranulární zlomeninou rozmanitější.[6] Existuje několik dalších procesů, které mohou vést k mezikrystalovému lomu nebo k preferenčnímu šíření trhlin na hranicích zrn:[8][6]

  • Mikrovoidní nukleace a koalescence u inkluzí nebo částic druhé fáze umístěných podél hranic zrn
  • Hranice trhlin zrn a formace dutin spojené s podmínkami prasknutí při zvýšené teplotě
  • Odtržení mezi sousedními zrny v důsledku přítomnosti prvků nečistot na hranicích zrn a ve spojení s agresivním prostředím, jako je plynný vodík a tekuté kovy
  • Stresové korozní praskání procesy spojené s chemickým rozpouštěním podél hranic zrn
  • Podmínky cyklického načítání
  • Když má materiál nedostatečný počet nezávislých kluzných systémů, aby se do nich vešlo plastická deformace mezi souvislými zrny. Toto je také známé jako interkrystalický lom nebo separace na hranici zrn.
  • Rychlejší difúze po hranicích zrn než po vnitřcích zrn
  • Rychlejší nukleace a růst sraženin na hranicích zrn
  • Uhasit praskání nebo růst trhlin po a kalení proces, je dalším příkladem intergranulární zlomeniny a téměř vždy k ní dochází intergranulárními procesy.[6] Tento proces zhášení trhlin je podporován oslabenými hranicemi zrn a velkými zrny a navíc ovlivněn teplotním gradientem, při kterém dochází k kalení, a objemovou expanzí během transformace.

Z energetického hlediska je energie uvolněná mezikrystalovým šířením trhlin vyšší než energie předpovídaná Griffithova teorie, což znamená, že termín další energie k šíření trhliny pochází z mechanismu hranice zrn.[9]

Druhy intergranulární zlomeniny

Intergranulární zlomeninu lze rozdělit do následujících kategorií:[6]

  • Zlomená mezikrystalová zlomenina zahrnuje případy, kdy dochází k mikrovoidní koalescenci na hranicích zrn v důsledku plazivé kavitace nebo nukleace dutin na sraženinách na hranici zrn. Taková zlomenina je charakterizována důlky na povrchu. Dimgovaná mezikrystalová zlomenina obvykle vede k nízké makroskopické duktilitě, s prohloubenou topologií odhalenou na fazetách zrn při pozorování při větším zvětšení (1000 až 5 000x). Nečistoty, které se adsorbují na hranicích zrn, podporují důlkový mezikrystalový lom.[6]
  • Mezikrystalová křehká zlomenina zahrnuje případy, kdy povrchy zrn nemají důlky, které znamenají mikrovoidní koalescenci. Takový zlom se nazývá křehký v důsledku zlomeniny před plastickým uvolňováním.[4] Příčiny zahrnují křehké částice druhé fáze na hranicích zrn, nečistotu nebo segregaci atomů na hranice zrn a ekologické křehnutí.[6]
  • Mezikrystalová únavová zlomenina zahrnuje případy, kdy k intranulární zlomenině dojde v důsledku cyklického zatížení, nebo únava. Tento specifický typ mezikrystalové zlomeniny je často spojován s nesprávným zpracováním materiálů nebo drsnými podmínkami prostředí, kde jsou zrna silně oslabena.[6] Stres působící při zvýšených teplotách (tečení), sraženiny hranic zrn, tepelné zpracování způsobující segregaci na hranicích zrn a oslabení hranic zrn za pomoci životního prostředí může vést k mezikrystalové únavě.[7]

Úloha rozpuštěných látek a nečistot

Při pokojové teplotě je mezikrystalový lom obvykle spojen se změnou soudržnosti v důsledku segregace rozpuštěných látek nebo nečistot na hranicích zrn.[10] Příklady látek, o nichž je známo, že ovlivňují mezikrystalové lomy, jsou síra, fosfor, arsen a antimon, konkrétně v ocelích, olovo ve slitinách hliníku a vodík v mnoha strukturních slitinách.[10] Při vysokých úrovních nečistot, zejména v případě vodíková křehkost, je pravděpodobnost intergranulární zlomeniny větší.[6] Rozpuštěné látky jako vodík se předpokládají ke stabilizaci a zvýšení hustoty prázdných míst vyvolaných kmenem,[11] což vede k mikrotrhlinám a mikrovoidům na hranicích zrn.[5]

Úloha orientace hranic zrn

Mezikrystalové praskání závisí na relativní orientaci společné hranice mezi dvěma zrny. Cesta mezikrystalového lomu se obvykle vyskytuje podél hranice zrn s nejvyšším úhlem.[6] Ve studii bylo prokázáno, že praskání nebylo nikdy vystaveno hranicím s misorientací až 20 stupňů, bez ohledu na typ hranice.[12] Ve větších úhlech byly vidět velké plochy popraskaného, ​​nepraskaného a smíšeného chování. Výsledky naznačují, že stupeň praskání na hranici zrn, a tedy mezikrystalového lomu, je do značné míry určen hraniční pórovitostí nebo množstvím atomové ztracené existence.[12]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Norman E. Dowling, mechanické chování materiálů, čtvrté vydání, Pearson Education Limited.
  2. ^ Chêne, J .; Brass, A. M. (2004). "Role teploty a rychlosti deformace na mezikrystalové ruptuře vyvolané vodíkem ve slitině 600". Metalurgické a materiálové transakce A. Springer Science and Business Media LLC. 35 (2): 457–464. doi:10.1007 / s11661-004-0356-5. ISSN  1073-5623.
  3. ^ A b Liang, F.L .; Laird, C. (1989). "Řízení mezikrystalového únavového praskání pomocí homogenity skluzu v mědi I: Vliv velikosti zrna". Věda o materiálech a inženýrství: A. Elsevier BV. 117: 95–102. doi:10.1016/0921-5093(89)90090-7. ISSN  0921-5093.
  4. ^ A b C Thomas Courtney, Mechanical Behavior of Materials, druhé vydání, Waveland Press, 2000.
  5. ^ A b Nagumo, M .; Matsuda, H. (2002). "Funkce vodíku v mezikrystalovém lomu martenzitických ocelí". Filozofický časopis A. Informa UK Limited. 82 (17–18): 3415–3425. doi:10.1080/01418610208240452. ISSN  0141-8610.
  6. ^ A b C d E F G h i j S. Lampman, ASM Handbook Volume 11: Failure Analysis and Prevention, Intergranular Fracture, ASM International, 2002. 641-649.
  7. ^ A b Briant, C. L .; Banerji, S. K. (1978). „Intergranularfailure in steel: the role of grain-boundary composition“. Recenze mezinárodních kovů. Informa UK Limited. 23 (1): 164–199. doi:10.1179 / imtr.1978.23.1.164. ISSN  0308-4590.
  8. ^ Richard W. Hertzberg, Richard P. Vincim Jason L. Hertzbergy, Deformační a lomová mechanika inženýrských materiálů, páté vydání, John Wiley and Sons Inc.
  9. ^ Farkas, D .; Van Swygenhoven, H .; Derlet, P. M. (01. 08. 2002). "Mezikrystalová zlomenina v nanokrystalických kovech". Fyzický přehled B. Americká fyzická společnost (APS). 66 (6): 060101 (R). doi:10.1103 / physrevb.66.060101. hdl:10919/47855. ISSN  0163-1829.
  10. ^ A b Thompson, Anthony W .; Knott, John F. (1993). "Mikromechanismy křehkého lomu". Metalurgické transakce A. Springer Science and Business Media LLC. 24 (3): 523–534. doi:10.1007 / bf02656622. ISSN  0360-2133.
  11. ^ Bönisch, M .; Zehetbauer, M.J .; Krystian, M .; Setman, D .; Krexner, G. (2011). "Stabilizace mřížových defektů v HPT-deformovaném hydridu palladia". Fórum materiálových věd. Scientific.Net. 667-669: 427–432. doi:10.4028 / www.scientific.net / MSF.667-669.427.
  12. ^ A b Rath, B. B .; Bernstein, I. M. (1971). "Vztah mezi orientací hranice zrn a mezikrystalovým praskáním". Metalurgické transakce. Springer Science and Business Media LLC. 2 (10): 2845–2851. doi:10.1007 / bf02813262. ISSN  0360-2133.