本期導讀：

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本期還要說說金屬材(Cai)料的斷裂問題。今[Jin]天想和大家聊一聊(Liao)沿晶開裂。沿晶和穿(Chuan)晶雖然都有[You]晶字，但[Dan]前者指晶(Jing)界，後者指晶粒。為(Wei)什麼有[You]的時候多(Duo)晶體金屬(Shu)發生穿[Chuan]晶開裂，有的時候發生(Sheng)沿晶開裂呢？這就好像女人懷孕後(Hou)有時生男孩(Hai)有時生女孩一樣，是一種競争的結果。不同[Tong]的是，不同(Tong)的開[Kai]裂模式[Shi]比[Bi]的是金屬内部哪裡(Li)更弱。

通常情況[Kuang]下晶粒内部要比晶界更[Geng]弱，所以在大(Da)多數金屬材料拉(La)伸試驗的斷口上大家更多地觀察[Cha]到的是韌窩。隻有[You]在一些特殊情況下晶界才(Cai)會比晶粒内弱，今天就詳細說[Shuo]說晶界弱化的一些常見現象及原因。

在一般情(Qing)況下，在開裂的晶界上幾乎不會發[Fa]現(Xian)任何變形過程的痕迹。如圖1a所示的(De)情況下，鋼在滲[Shen]碳淬火過程中在所謂的(De)表面硬化的(De)第一步。衆所周知，擴散(San)優先(Xian)沿晶界發(Fa)生。在快速冷[Leng]卻[Que]（淬火）中，奧(Ao)氏體[Ti]轉變為馬氏體。


表面[Mian]硬化：滲碳[Tan]晶[Jing]界開裂

作為(Wei)滲碳結[Jie]果，原奧[Ao]氏體晶界現在[Zai]代表過飽和碳[Tan]區。在回火過程(Cheng)中，碳與金屬結合形成碳化物[Wu]，在晶[Jing]界上(Shang)形成碳化物殼，阻礙位錯的滑[Hua]移，從而提供裂紋擴展路(Lu)徑。

在表[Biao]面[Mian]硬化的過[Guo]程中，如果不采用滲碳加(Jia)熱過程直接淬火(Huo)而是采用再次加熱的方式實現硬化(Hua)，那麼晶[Jing]間脆化就可以避免。然而，出于對成本(Ben)的考慮，往往不會這麼[Me]做，而是直接進行[Hang]滲碳淬火。

通過雙相相變可以生成[Cheng]更細化的晶粒，如正[Zheng]火過程。然而，避免脆化的主要[Yao]原(Yuan)因是，碳原子可以以一個令人滿意的方式從原奧氏(Shi)體晶界[Jie]向基體(Ti)進行擴散。

更重(Zhong)要的[De]問題是所謂的回火脆化，經常發生(Sheng)在大[Da]型鍛件上，因[Yin]為[Wei]他們冷卻過程非常緩慢[Man]。

因此(Ci)，通常覆蓋在奧氏體晶粒上的硫化(Hua)物[Wu]，可以通過砷、銻、磷等原[Yuan]子擴散的增加，在575ºC向350ºC的溫度範(Fan)圍内冷卻時，這種[Zhong]狀态一般情況下是亞臨界的。

當鋼[Gang]在熔點以下退火時，它會“過燒”，即[Ji]氧進入鋼内，導緻内[Nei]氧化。氧的滲透沿着晶界優先進行，這也與[Yu]滲碳過程類(Lei)似，可以通過剝離晶[Jing]界殼[Ke]變得可見（圖1b）。在上述[Shu]的回[Hui]火脆化中，晶界上的偏析會在較高[Gao]的(De)溫度下再次(Ci)溶解(Jie)。


内氧化：晶界殼[Ke]剝落(Luo)

因此，通過加(Jia)熱超過600°C然後(Hou)快速(Su)冷卻，然後脆化可以被消除。這[Zhe]種溶(Rong)解行為的一個[Ge]例外是的(De)硫化物。這就是[Shi]抗蠕變鋼“松弛開裂[Lie]”的原因：在[Zai]焊接過程中，熔合線附近區域的晶(Jing)界，由于硫化物彌[Mi]散分布。當進(Jin)行去(Qu)應力[Li]退火時，硫化物(Wu)分散凝結形(Xing)成0.1-0.5μm直徑的粒子。

這些顆粒[Li]的産生不應該是關鍵的，但是，它是伴随着第二(Er)個過程：抗(Kang)蠕變[Bian]鋼中或多或少采用[Yong]了鉻、钼和釩或[Huo]铌(Ni)進行合金化，形成(Cheng)熱穩定的碳化物。在[Zai]焊接過程中和沉澱物高度分散的退(Tui)火過程中，這些碳化物(Wu)溶(Rong)解到了上述[Shu]關鍵區域(Yu)中。

令人驚[Jing]訝的是，在所有這[Zhe]些情況下，沿(Yan)晶界的微小(Xiao)區域裡仍然沒有沉澱物。因此，這(Zhe)些區域具有非[Fei]常低的蠕變能力。因此，應力消(Xiao)除所[Suo]需的滑動被限制在這些[Xie]無沉澱區，同時[Shi]被凝固的硫化(Hua)物削弱。

硫化物作為(Wei)蠕變[Bian]核心，然後就形成了孔洞，它們連接(Jie)在一起，就産(Chan)生了裂紋。歸(Gui)因[Yin]于[Yu]這一過程，斷裂[Lie]面就表現了相應的細化的韌窩，覆蓋[Gai]在晶界(Jie)上，如圖1c所示。在韌窩中，由于硫化物尺寸很小(Xiao)，所以它們[Men]隻是[Shi]隐(Yin)隐可見。總蠕(Ru)變變(Bian)形不超過0.2-0.3%，即斷裂[Lie]相對于宏觀尺度[Du]而言[Yan]是脆的，這與[Yu]微(Wei)觀韌性特征相[Xiang]矛盾。相同的微觀結構有[You]時候在奧氏體鋼、黃銅、鋁[Lü]和鎳合金(Jin)中也會被發現(Xian)，它總是與(Yu)無沉澱區現象聯系[Xi]在一起。



松弛開裂[Lie]：晶界上有大[Da]量的細小韌窩(Wo)

幾中常見的沿晶開裂包[Bao]括：淬火時效脆化、淬火開[Kai]裂、回[Hui]火馬氏體脆化、回火(Huo)脆化、石墨化、内部氧(Yang)化、液體金屬脆化[Hua]或[Huo]固體金屬脆化[Hua]、氫脆[Cui]、應力腐蝕開[Kai]裂和高溫晶界弱[Ruo]化。感興趣(Qu)的朋[Peng]友(You)可以自行學習一下。