Охрупчивание, вызванное металлом

Металл-индуцированное охрупчивание (MIE) — это охрупчивание, вызванное диффузией металла, твердого или жидкого, в основной материал. Охрупчивание, вызванное металлами, происходит, когда металлы контактируют с легкоплавкими металлами, находясь под растягивающим напряжением. Охрупчиватель может быть твердым ( SMIE ) или жидким ( жидкометаллическое охрупчивание ). При достаточном растягивающем напряжении разрушение MIE происходит мгновенно при температурах чуть выше точки плавления. При температурах ниже температуры плавления охрупчивателя диффузия в твердом состоянии . основным механизмом переноса является ^[1] Это происходит следующими способами:

Диффузия через границы зерен вблизи трещины матрицы
Диффузия атомов гетерогенного поверхностного охрупчивателя первого монослоя
Вторая монослойная гетерогенная поверхностная диффузия охрупчивателя
Поверхностная диффузия охрупчивателя по слою охрупчивателя

Основным механизмом переноса SMIE является поверхностная самодиффузия охрупчивателя по слою охрупчивателя, достаточно толстому, чтобы его можно было охарактеризовать как самодиффузию на вершине трещины. ^[1] Для сравнения, доминирующим механизмом LMIE является объемное течение жидкости, проникающее в кончики трещин.

Примеры

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

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 охрупчиванию жидким металлом ( LME ), охрупчивание, вызванное твердым металлом, приводит к снижению прочности материала на разрушение. Кроме того, снижение пластичности при растяжении в диапазоне температур указывает на охрупчивание, вызванное металлом. Хотя SMIE максимальна чуть ниже температуры плавления охрупчивателя, диапазон, в котором возникает SMIE, колеблется от 0,75 × T _m до T _m , где T _m - температура плавления охрупчивателя. ^[4] Снижение пластичности вызвано образованием и распространением устойчивых докритических межзеренных трещин. SMIE производит как межзеренные, так и транскристаллитные поверхности излома из пластичных материалов. ^[4]

Кинетика возникновения и распространения трещин через SMIE

Расширение трещины, в отличие от ее появления, является стадией, определяющей скорость охрупчивания металла, вызванного твердыми частицами. Основным механизмом, приводящим к охрупчиванию твердого металла, является многослойная поверхностная самодиффузия охрупчивателя у вершины трещины. ^[1]^[4]^[5] Скорость распространения трещины, подвергающейся охрупчиванию, вызванному металлом, зависит от количества охрупчивающего вещества, присутствующего в вершине трещины. Скорости трещин в SMIE намного ниже, чем скорости в LMIE. ^[5] Катастрофическое разрушение материала при SMIE происходит в результате распространения трещин до критической точки. С этой целью распространение трещины контролируется скоростью транспорта и механизмами охрупчивания на вершине зародившейся трещины. SMIE можно смягчить за счет увеличения извилистости путей трещин, что увеличивает устойчивость к межкристаллитному растрескиванию.

Восприимчивость

SMIE встречается реже, 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 возникать во время изготовления, нанесения покрытий , испытаний или во время эксплуатации компонентов материала. Восприимчивость к SMIE увеличивается при следующих характеристиках материала:

Увеличение прочности высокопрочного материала ^[5]
Увеличение размера зерна ^[5]
Материалы с более плоским скольжением, чем с волнистым. ^[5]

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с П. Гордон, «Вызванное металлами охрупчивание металлов - оценка механизмов переноса охрупчивающих веществ» 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. Тайнер, Исследование поведения разрушения меди и цинка, покрытых ртутью, Trans. ЭИМЕ, 221 (1961) 261.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Дж. К. Линн, В. Р. Уорк, П. Гордон, «Охрупчивание стали, вызванное твердым металлом», Материаловедение и инженерия, Elsevier, 18, стр. 51-62, (1974) doi.org/10.1016/0025-5416(75)90072-5.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Линч, СП (апрель 1992 г.). «Металло-индуцированное охрупчивание материалов». Характеристика материалов . 28 (3): 279–289. дои : 10.1016/1044-5803(92)90017-c . ISSN 1044-5803 .

[Gordon-1] Jump up to: ^а ^б ^с П. Гордон, «Вызванное металлами охрупчивание металлов - оценка механизмов переноса охрупчивающих веществ» Metallurgical Transactions A, 9, стр. 267 (1978). https://doi.org/10.1007/BF02646710

[Fager-2] DN Fager и WF Spurr, «Охрупчивание твердого кадмия: титановые сплавы, коррозия», 26, 409,(1970).

[Tinner-3] Н, А. Тайнер, Исследование поведения разрушения меди и цинка, покрытых ртутью, Trans. ЭИМЕ, 221 (1961) 261.

[Lynn-Warke-Gordon-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Дж. К. Линн, В. Р. Уорк, П. Гордон, «Охрупчивание стали, вызванное твердым металлом», Материаловедение и инженерия, Elsevier, 18, стр. 51-62, (1974) doi.org/10.1016/0025-5416(75)90072-5.

[Lynch-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Линч, СП (апрель 1992 г.). «Металло-индуцированное охрупчивание материалов». Характеристика материалов . 28 (3): 279–289. дои : 10.1016/1044-5803(92)90017-c . ISSN 1044-5803 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]