Охрупчивание, вызванное металлом
Охрупчивание, вызванное металлом (MIE), — это охрупчивание , вызванное диффузией металла, твердого или жидкого, в основной материал. Охрупчивание, вызванное металлом, происходит, когда металлы контактируют с металлами с низкой температурой плавления, находясь под растягивающим напряжением. Охрупчивающий агент может быть как твердым (SMIE), так и жидким ( жидкометаллическое охрупчивание ). При достаточном растягивающем напряжении разрушение MIE происходит мгновенно при температурах чуть выше точки плавления. Для температур ниже температуры плавления охрупчивающего агента основным механизмом переноса является твердотельная диффузия. [1] Это происходит следующими способами:
- Диффузия через границы зерен вблизи трещины матрицы
- Диффузия атомов охрупчивающего гетерогенного поверхностного слоя первого монослоя
- Вторая монослойная гетерогенная поверхностная диффузия охрупчивающего агента
- Поверхностная диффузия охрупчивающего агента по слою охрупчивающего агента
Основным механизмом переноса SMIE является поверхностная самодиффузия охрупчивающего вещества по слою охрупчивающего вещества, который достаточно толстый, чтобы его можно было охарактеризовать как самодиффузию на вершине трещины. [1] Для сравнения, доминирующим механизмом LMIE является объемный поток жидкости, проникающий на вершины трещин.
Примеры
Исследования показали, что Zn, Pb, Cd, Sn и In могут охрупчивать сталь при температуре ниже точки плавления каждого из охрупчивающих элементов.
- Кадмий может сделать титан хрупким при температурах ниже его точки плавления. [2]
- Ртуть может сделать цинк хрупким при температурах ниже его точки плавления. [3]
- Ртуть может сделать медь хрупкой при температурах ниже ее точки плавления. [4]
Механика и температурная зависимость
Подобно жидкометаллической хрупкости ( LME ), твердая металлическая хрупкость приводит к снижению прочности материала на разрыв. Кроме того, снижение пластичности при растяжении в диапазоне температур указывает на металлическую хрупкость. Хотя SMIE является наибольшим чуть ниже температуры плавления охрупчивающего вещества, диапазон, в котором происходит SMIE, составляет от 0,75 × T m до T m , где T m — температура плавления охрупчивающего вещества. [4] Снижение пластичности вызвано образованием и распространением стабильных, субкритических межкристаллитных трещин. SMIE создает как межкристаллитные, так и транскристаллитные поверхности разрушения в других пластичных материалах. [4]
Кинетика возникновения и распространения трещин посредством SMIE
Расширение трещины, в отличие от ее возникновения, является этапом, определяющим скорость охрупчивания, вызванного твердым металлом. Основным механизмом, приводящим к охрупчиванию, вызванному твердым металлом, является многослойная поверхностная самодиффузия охрупчивающего вещества в вершине трещины. [1] [4] [5] Скорость распространения трещины, подвергающейся охрупчиванию, вызванному металлом, является функцией запаса охрупчивающего вещества, присутствующего в вершине трещины. Скорости трещины при SMIE намного ниже скоростей при LMIE. [5] Катастрофическое разрушение материала посредством SMIE происходит в результате распространения трещин до критической точки. С этой целью распространение трещины контролируется скоростью переноса и механизмами охрупчивающего вещества в вершине зародившихся трещин. SMIE можно смягчить, увеличив извилистость путей трещины таким образом, чтобы сопротивление межкристаллитному растрескиванию увеличилось.
Восприимчивость
SMIE встречается реже, чем LMIE, и гораздо реже, чем другие механизмы разрушения, такие как водородная хрупкость , усталость и коррозионное растрескивание под напряжением . Тем не менее, механизмы хрупкости могут быть введены во время изготовления, нанесения покрытий , испытаний или во время эксплуатации компонентов материала. Восприимчивость к SMIE увеличивается со следующими характеристиками материала:
- Увеличение прочности высокопрочного материала [5]
- Увеличение размера зерна [5]
- Материалы с более плоским скольжением, чем волнистым скольжением [5]
Ссылки
- ^ abc P. Gordon, «Охрупчивание металлов, вызванное металлами — оценка механизмов переноса охрупчивателей» Metallurgical Transactions A, 9, стр. 267 (1978). https://doi.org/10.1007/BF02646710
- ^ DN Fager и WF Spurr, «Охрупчивание твердого кадмия: титановые сплавы, коррозия», 26, 409, (1970).
- ^ Н. А. Тинер, Исследование поведения при разрушении меди и цинка, покрытых ртутью, Trans. AIME, 221 (1961) 261.
- ^ abcd JC Lynn, WR Warke, P. Gordon, «Охрупчивание стали, вызванное твердым металлом», Materials Science and Engineering, Elsevier, 18, стр. 51-62, (1974) doi.org/10.1016/0025-5416(75)90072-5.
- ^ abcde Lynch, SP (апрель 1992). "Охрупчивание материалов, вызванное металлом". Materials Characterization . 28 (3): 279– 289. doi :10.1016/1044-5803(92)90017-c. ISSN 1044-5803.
