本期導讀：

這兩天(tiān)很多朋友留言，對平台推送的(de)優質文章表示感謝(xiè)，閱讀(dú)後很多朋友很受益。這裡，無憂也感謝大家的關注，并将(jiāng)一如既往堅持推送(sòng)更多的好(hǎo)文章，感謝大家的鼓勵和支持。

本期還要說說金屬材料的斷裂問題。今(jīn)天想和大(dà)家聊一聊沿晶開裂。沿(yán)晶和穿晶雖然都有晶字，但前者指晶界，後者指晶粒。為什麼有的時(shí)候多晶體金屬發生(shēng)穿晶開裂，有的時候發生沿晶開裂呢(ne)？這就好像女(nǚ)人懷(huái)孕後有時生男孩有時生女孩一樣(yàng)，是一種競(jìng)争的結果(guǒ)。不同的是，不同(tóng)的開裂模式比的是金屬内部哪裡(lǐ)更弱。

通常情況下晶粒内部要(yào)比晶界更(gèng)弱，所(suǒ)以在大(dà)多數金屬材料拉伸試驗的斷口上大(dà)家更多地觀察到的是韌窩。隻有在一些特殊情況(kuàng)下晶界才會比晶粒内弱，今天就詳(xiáng)細說說晶界弱化的一些常(cháng)見現象(xiàng)及原因。

在一般(bān)情況下，在開裂的晶(jīng)界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，鋼在滲碳淬火過程中在(zài)所謂的(de)表面硬化(huà)的第一步(bù)。衆(zhōng)所周(zhōu)知，擴散優先沿晶界發生。在快(kuài)速冷卻（淬火）中，奧氏(shì)體轉變為馬氏體。


表面(miàn)硬化(huà)：滲碳(tàn)晶界開裂

作為滲碳結果，原奧氏體晶界現在(zài)代表過飽和碳(tàn)區。在回火過程(chéng)中，碳與金屬結(jié)合形成碳化物，在晶界上形成碳化物(wù)殼，阻礙位錯的滑移，從(cóng)而提供裂紋擴展路徑。

在表面硬化的(de)過程中，如果不采用滲(shèn)碳加(jiā)熱過程直接淬(cuì)火而是采用再次加(jiā)熱的方式實現硬(yìng)化，那麼晶間脆化(huà)就可以避免。然而，出于對成本的考慮，往往不會這麼(me)做，而是直接(jiē)進行滲碳(tàn)淬火。

通過雙相相變可以生成(chéng)更細化的晶(jīng)粒，如正火過程。然而，避免脆化的主要(yào)原(yuán)因是，碳原子可以(yǐ)以一個令人滿意的方式從原奧氏(shì)體晶界向基體(tǐ)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)為他們冷卻過程非常緩慢。

因此，通常覆蓋在奧氏體(tǐ)晶粒上的硫化(huà)物(wù)，可以通過砷、銻、磷等原子擴散的增加，在575ºC向350ºC的(de)溫度範(fàn)圍内(nèi)冷卻時，這種狀态一般情況下(xià)是亞臨界的。

當鋼在熔點以下退火時，它(tā)會“過燒”，即氧(yǎng)進入鋼内，導緻内(nèi)氧化。氧的滲透沿着晶(jīng)界優先進行，這也與滲碳過程類(lèi)似，可以通過剝離晶界殼變得可見（圖1b）。在上述的回火脆化中，晶界上的偏析會在較高(gāo)的溫度下(xià)再次溶解(jiě)。


内氧化：晶界殼剝落(luò)

因此，通過加(jiā)熱超過600°C然(rán)後快速(sù)冷卻，然後脆化可以(yǐ)被消除。這(zhè)種溶解行為的一個例外是的(de)硫化(huà)物。這(zhè)就是抗蠕變鋼“松弛(chí)開裂(liè)”的(de)原因：在(zài)焊接過程中，熔(róng)合線附近(jìn)區域的晶界，由于硫(liú)化物彌散分布。當進行(háng)去應力退火時，硫化物分散凝結形成(chéng)0.1-0.5μm直徑的(de)粒子。

這些顆粒的産生不應(yīng)該是關鍵的，但是，它是伴随着第二個過程：抗蠕變(biàn)鋼中或多或少采用了鉻、钼和釩或铌(ní)進行合金化，形成(chéng)熱穩定的碳化物。在焊接過程中和沉澱(diàn)物高度分散的退火過程中，這(zhè)些碳化物溶解到了上(shàng)述關鍵(jiàn)區域(yù)中。

令人驚訝的是，在所有這些情況下，沿晶界的微小區(qū)域裡(lǐ)仍然沒有沉澱物。因此，這些區(qū)域具有(yǒu)非常低的蠕變能力。因此，應力消除所(suǒ)需的(de)滑動被限制在這些無沉澱區，同時(shí)被凝固的硫化物削弱(ruò)。

硫化物作為蠕變核心，然後就形成了孔洞，它們連接在一起(qǐ)，就産生了裂紋。歸(guī)因于這一過程，斷裂面就表現了相應的(de)細化的韌窩，覆蓋在晶界上，如圖1c所(suǒ)示。在韌窩中，由于硫化物(wù)尺寸很小，所以它們隻是隐隐可見。總蠕變變形不超過0.2-0.3%，即斷裂相(xiàng)對于宏觀尺度(dù)而言是脆(cuì)的，這與(yǔ)微觀韌性(xìng)特征相(xiàng)矛盾。相同的微(wēi)觀結構有時候在奧氏體鋼、黃銅、鋁和鎳合金中也(yě)會被發現(xiàn)，它總是(shì)與無沉澱(diàn)區現象聯系(xì)在一起。



松弛開裂：晶界上有大量的細小(xiǎo)韌窩(wō)

幾中常見的沿晶開裂包(bāo)括：淬火時效脆化、淬火開裂、回火馬氏體脆化、回火脆化、石墨化、内部氧(yǎng)化、液體金屬(shǔ)脆化或固體金屬(shǔ)脆化(huà)、氫脆、應力腐蝕開裂和高(gāo)溫(wēn)晶界弱(ruò)化。感興趣(qù)的朋友可以自行學(xué)習一下。