Охрупчивание, вызванное металлами - Википедия - Metal-induced embrittlement

Охрупчивание, вызванное металлами (MIE) это охрупчивание вызвано диффузией металла, твердого или жидкого, в основной материал. Вызванное металлом охрупчивание возникает, когда металлы находятся в контакте с металлами с низкой температурой плавления, находясь под растягивающим напряжением. Охладитель может быть твердым (СМИ ) или жидкость (Охрупчивание жидким металлом ). При достаточном растягивающее напряжение, Отказ MIE происходит мгновенно при температурах чуть выше точки плавления. Для температур ниже температуры плавления охладителя твердотельная диффузия это основной транспортный механизм.[1] Это происходит следующим образом:

  • Диффузия через границы зерен вблизи трещины матрицы
  • Диффузия первых монослойных гетерогенных поверхностных охрупчивающих атомов
  • Гетерогенная поверхностная диффузия охладителя второго монослоя
  • Поверхностная диффузия охладителя над слоем охладителя

Основным механизмом переноса SMIE является поверхностная самодиффузия охладителя по слою охладителя, достаточно толстому, чтобы его можно было охарактеризовать как самодиффузию на вершине трещины.[1] Для сравнения, доминирующим механизмом LMIE является объемный поток жидкости, проникающий в вершины трещин.

Примеры

Исследования показали, что Zn, Pb, Cd, Sn и In могут охрупчивать сталь при температуре ниже точки плавления каждого охладителя.

  • Кадмий может охрупчивать титан при температурах ниже его точки плавления.[2]
  • Hg может сделать хрупким цинк при температурах ниже точки плавления.[3]
  • Hg может сделать хрупким медь при температурах ниже точки плавления.[4]

Механика и температурная зависимость

Похожий на охрупчивание жидким металлом (LME ), охрупчивание, вызванное твердым металлом, приводит к снижению прочности материала на излом. Кроме того, снижение пластичности при растяжении в диапазоне температур указывает на вызванное металлом охрупчивание. Хотя SMIE является наибольшей чуть ниже температуры плавления охладителя, диапазон, в котором возникает SMIE, составляет от 0,75 * Tm до Tm, где Tm - температура плавления охладителя.[4] Снижение пластичности вызвано образованием и распространением устойчивых подкритических межзеренных трещин. SMIE производит как межкристаллические, так и транскристаллические фактурные поверхности из пластичных материалов.[4]

Кинетика возникновения и распространения трещин через SMIE

Расширение трещины, в отличие от начала трещины, является этапом, определяющим скорость индуцированного твердого металлического охрупчивания. Основным механизмом, приводящим к охрупчиванию твердого металла, является многослойная поверхностная самодиффузия охрупчивателя в вершине трещины.[1][4][5] Скорость распространения трещины, подвергающейся охрупчиванию из-за металла, зависит от количества охладителя, присутствующего на вершине трещины. Скорости трещин в SMIE намного меньше, чем скорости LMIE.[5] Катастрофический отказ материала из-за SMIE происходит в результате распространения трещин до критической точки. С этой целью распространение трещины контролируется скоростью переноса и механизмами охрупчивания на вершине зародышевых трещин. SMIE можно уменьшить, увеличив извилистость путей трещин таким образом, чтобы сопротивление межкристаллитному растрескиванию увеличивалось.

Восприимчивость

SMIE менее распространен, чем LMIE, и гораздо реже, чем другие механизмы отказа, такие как водородное охрупчивание, усталость и коррозионное растрескивание под напряжением. Тем не менее, механизмы охрупчивания могут быть введены во время изготовления, нанесения покрытий, испытаний или во время эксплуатации компонентов материала. Восприимчивость к СМИП увеличивается при следующих характеристиках материала:

  • Повышение прочности высокопрочного материала[5]
  • Увеличение размера зерна[5]
  • Материалы с более плоским скольжением, чем волнообразное скольжение[5]

Рекомендации

  1. ^ а б c П. Гордон, "Металлическое охрупчивание металлов - оценка механизмов переноса охрупчивания" Metallurgical Transactions A, 9, p. 267 (1978). https://doi.org/10.1007/BF02646710
  2. ^ Д.Н. Фагер, В.Ф. Spurr, "Твердое кадмиевое охрупчивание: титановые сплавы, коррозия", 26, 409, (1970).
  3. ^ Н, А. Тинер, Исследование поведения разрушения меди и цинка, покрытых ртутью, Пер. AIME, 221 (1961) 261.
  4. ^ а б c d Дж. К. Линн, В. Р. Варке, П. Гордон, "Охрупчивание стали, вызванное твердым металлом", Материаловедение и инженерия, Elsevier, 18, с. 51-62 ,, (1974) doi.org/10.1016/0025-5416(75)90072-5.
  5. ^ а б c d е С.П. Линч, «Металлическое охрупчивание материалов» в «Характеристиках материалов, том 28, № 3», стр. 279–289 (1992)., DOI: 10.1016 / 1044-5803 (92) 90017-c.