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失效分析基礎(chǔ) “脆性斷口之沿晶斷口” 詳解

1. 沿晶斷裂的定義:沿晶斷裂是指金屬材料中的裂紋沿晶界擴(kuò)展而產(chǎn)生的一種斷裂。當(dāng)沿晶斷裂斷口形貌呈粒狀時(shí)又稱晶間顆粒斷裂。多數(shù)情況下沿晶斷裂屬于脆性斷裂,但也可能出現(xiàn)韌性斷裂,如高溫蠕變斷裂。當(dāng)金屬或合金沿晶界析出連續(xù)或不連續(xù)的網(wǎng)狀脆性相時(shí),在外力的作用下,這些網(wǎng)狀脆性相將直接承受載荷,很易于破碎形成裂紋并使裂紋沿晶界擴(kuò)展,造成試樣沿晶界斷裂,它是完全脆性的正斷。

2.沿晶斷裂產(chǎn)生原因:在一般情況下,晶界的結(jié)合力高于晶界內(nèi)的結(jié)合力,晶界是強(qiáng)化因素。但如果熱處理不當(dāng)或環(huán)境、應(yīng)力狀態(tài)等因素使晶界被弱化成裂紋擴(kuò)展的優(yōu)先通道,材料就會(huì)被發(fā)生沿著晶界斷裂。


產(chǎn)生沿晶斷裂一般有3種原因:


(1)晶界上有脆性沉淀相。如果脆性相在晶界面上覆蓋得不連續(xù),例如AIN粒子在鋼的晶界面上的分布,將產(chǎn)生微孔聚合型沿晶斷裂;如果晶界上的脆性沉淀相是連續(xù)分布的,例如奧氏體Ni-Cr鋼中形成的連續(xù)碳化物網(wǎng)狀,則將產(chǎn)生脆性薄層分裂型斷裂。


(2)晶界有使其弱化的夾雜物。如鋼中晶界上存在P、S、As、Sb、Sn等元素。


(3)環(huán)境因素與晶界相互作用造成的晶界弱化或脆化,例如高溫蠕變條件下的晶界弱化,應(yīng)力腐蝕條件下晶界易于優(yōu)先腐蝕等,均促使沿晶斷裂產(chǎn)生。

3.沿晶斷裂的擴(kuò)展路徑(圖1):沿晶斷口的形貌取決于材料本身晶粒的形狀。



4.沿晶斷口的分類:

(1)按斷口表面形態(tài)分類:

a、常見的沿晶分離(圖2):斷口呈現(xiàn)不同程度的晶粒多面體外形的巖石狀花樣或,晶粒明顯,且立體感強(qiáng),晶界上多顯示光滑無特征形貌。

b、沿晶韌窩斷口(圖3):斷口表面的晶界上有大量的小韌窩,這是晶界顯微空洞生核長大連接的結(jié)果。

(2)按產(chǎn)生晶間脆性的原因分類(介紹常見的3種):

a、和熱偏析有關(guān)的沿著晶斷口,如回火脆斷口(圖4);

b、由晶間沉淀相誘發(fā)的沿晶斷口(圖5);

c、由于環(huán)境介質(zhì)作用造成的沿晶斷口,包括:

a)應(yīng)力腐蝕沿晶斷口(圖6)

b)氫脆沿晶脆性斷口(圖7)

c)低熔點(diǎn)金屬脆性沿晶斷口(圖8)

9)蠕變沿晶斷口(圖9)。




文章來源:機(jī)械裝備缺陷與失效分析



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