本期導讀：

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本期還要說說金屬材料的斷裂問題。今天想和大(Dà)家聊一聊沿晶開裂。沿晶和穿(Chuān)晶雖然都有[Yǒu]晶字，但前○者○[Zhě]指∆晶∆界，後者指晶粒。為什麼[Me]有的時(Shí)候多晶體金屬發生[Shēng]⋄穿⋄(Chuān)晶開裂，有的時候發生沿晶開裂呢？◇這◇就好像女[Nǚ]人懷孕後有時生男孩有時生女孩一樣，是一種競(Jìng)争的結果。不▿同▿[Tóng]的是，不同的開裂模式比的(De)是金屬内部哪裡(Lǐ)更弱。

通常情▽況▽下▲晶▲粒内部要比(Bǐ)晶界▽更▽弱，所以在大多數金屬材料拉(Lā)伸試驗的斷口上(Shàng)大(Dà)家更多地觀察到的是[Shì]▿韌▿窩。隻有在一些特殊[Shū]情況(Kuàng)下晶界才會比晶[Jīng]粒内弱，今天就詳◆細◆說[Shuō]說晶界弱化的一(Yī)些常[Cháng]見現象及原因。

在一般▲情▲況下，在開裂(Liè)的晶界[Jiè]上幾乎不會發現任何變形過程(Chéng)的痕迹。如⋄圖⋄1a所示的(De)情況下，鋼在滲[Shèn]碳淬火過程中在(Zài)所謂的表面硬化(Huà)◇的◇第一步(Bù)。衆∆所∆周知，擴散優先沿晶(Jīng)界發生。在快速(Sù)冷[Lěng]卻（淬火）中，奧氏▽體▽轉變◊為◊馬氏體。


表面[Miàn]硬化：滲◊碳◊晶界開裂

作○為○滲碳結(Jié)果，原奧氏體晶界(Jiè)現在代●表●過飽和碳區。在[Zài]回火過●程●[Chéng]中，碳與金屬∆結∆(Jié)合形成碳化物，在晶界[Jiè]上[Shàng]形成碳化物▽殼▽，阻礙[ài]位錯的滑移，從[Cóng]而提供裂紋擴[Kuò]展路徑。

在表面(Miàn)硬化的過程中，如果不采用⋄滲⋄碳加熱過程直接淬火而是采[Cǎi]用再次[Cì]加[Jiā]熱的方式實現硬(Yìng)化(Huà)，那麼晶間脆化就可[Kě]以避免。然而，出于對成本的考慮，往往不會這麼做，而是直接進[Jìn]行滲▿碳▿淬火。

通過雙相相∆變∆可(Kě)以生成更細化的晶粒，如正火過(Guò)程。然而，避免脆化的主要原因是，碳原子可以以一個令人滿▿意▿的[De]方式從原(Yuán)奧氏體晶界向基體進行擴散。

更重要的問題是所謂的回火脆化，經常發生在大型鍛件上，因[Yīn]為(Wéi)他們冷卻過程非常緩慢。

因此，通常覆蓋在奧(ào)氏體晶粒上的硫化物[Wù]，可以通(Tōng)過砷、銻、▲磷▲等原子擴散的增加[Jiā]，在575ºC向350ºC的溫度範圍内冷卻時，這種狀态一般情況下是(Shì)亞臨◊界◊的。

當鋼在熔點以下退火時，它會“過燒”，即氧[Yǎng]進入鋼内，導緻内[Nèi]氧化。氧的滲透沿着晶[Jīng]界優◈先◈[Xiān]進行，這也∇與∇▲滲▲碳過程類(Lèi)似，可以通過剝離晶界殼[Ké]變得可見[Jiàn]（圖1b）。在上述的回火脆化◆中◆，晶界(Jiè)上的偏析(Xī)會在(Zài)較高[Gāo]的溫度下再次溶解。


内氧化：晶界殼[Ké]剝落(Luò)

因此，通過加熱超過600°C然後[Hòu]快速(Sù)冷卻，然後脆化可以被消除。⋄這⋄(Zhè)種溶[Róng]解行為的一個例外是的硫化物。這(Zhè)就是抗蠕變鋼“松弛開裂”的原因：在焊接過程中，◇熔◇合線附近[Jìn]區域的晶界，◈由◈于硫化物彌散分布。當進行去應力退火時，硫(Liú)化物[Wù]分散凝結形◇成◇0.1-0.5μm直徑的[De]▽粒▽子。

這些顆[Kē]粒的産生(Shēng)不應該是關鍵的，但是，它是伴随着第二[èr]個過程：抗(Kàng)蠕變鋼中或多或少采用了鉻[Gè]、钼和釩或铌進行合金化，形成[Chéng]熱穩定的碳化物。在[Zài]焊接過程中和沉澱物高度分散的退火[Huǒ]過程中，這[Zhè]些碳化∇物∇溶解到了上述關鍵區域中。

令人驚訝的(De)是[Shì]，在所有這些情況下，沿晶界的微小區域裡仍然沒⋄有⋄沉澱[Diàn]物[Wù]。因此，這些[Xiē]區域具(Jù)有非常低的蠕變能[Néng]力。因此，應力◊消◊除所需的滑動(Dòng)被▲限▲制在這些無沉[Chén]澱區，同∇時∇[Shí]被凝固的硫化物削弱。

硫化物[Wù]作為蠕[Rú]變[Biàn]核心，然後(Hòu)就形成了[Le]孔洞，它們連接在一起[Qǐ]，就産∇生∇了裂紋。歸因于(Yú)這一過程，斷裂[Liè]面就◇表◇(Biǎo)現了相應的(De)細化的韌窩，∆覆∆蓋∇在∇晶界▲上▲，如圖1c所示。在[Zài]韌窩中，由于[Yú]硫化物尺寸很小，所以(Yǐ)它(Tā)們隻是隐隐可見。總蠕(Rú)變變形不▲超▲過0.2-0.3%，即斷裂(Liè)相對于宏觀尺度(Dù)而言是脆的，●這●⋄與⋄微觀韌性特征▿相▿矛盾。相同的微觀結構有時候在奧氏體鋼、黃銅、鋁[Lǚ]和鎳合金中也會被發▽現▽[Xiàn]，它總是與無沉澱區現象聯系(Xì)在一起。



松弛◇開◇裂：∆晶∆界(Jiè)上有大量的細小韌窩

幾中常見的沿晶開裂包[Bāo]括：淬火時效脆化、淬(Cuì)火●開●裂、回(Huí)火馬氏體脆化、回火脆[Cuì]化、石墨化、内部氧[Yǎng]化、液體金(Jīn)屬脆化或固體金屬脆化、氫脆、應力腐蝕開裂和高溫晶界⋄弱⋄化。感興趣[Qù]的朋友可以自行學(Xué)習一下。