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江宁2019年梦工厂:對韌性斷裂與脆性斷裂的一點基本認識 

發布時間:2017/05/10

  韌性斷裂
  在微觀層面上,延性斷裂的特征在于韌窩結構(圖1a):由夾雜物或較粗的沉淀物引起的微孔被擴大,并且在進一步屈服過程中,它們之間的材料是頸縮和剪切的。這些韌窩的深度可以被認為是金屬延展性的度量。
  a) 帶有微觀雙相結構的兩相CrNi鋼:韌窩里含有氮碳化物。
  當夾雜物大且扁平時,例如普通軋鋼中的硫化物和氧化物,它們垂直于軋制平面(短橫向)會導致“層狀撕裂”。填充有夾雜物的扁平凹槽被帶有韌窩的斷裂區分開。(圖1b)。
  b) 低碳鋼中的層狀剪切:凹槽內充滿扁平的夾雜物通過帶有韌窩結構的基體分離開來。
  作為特殊情況,可以找到無結構區域。在用于發電機端環的冷加工奧氏體錳鋼中(圖1c)。這種鋼的屈服強度有局限性,形成粗滑移帶并提供裂紋路徑。
  c) 冷作奧氏體錳鋼:由于滑移帶開裂導致無結構區出現。
  脆性斷裂。在一般情況下,脆性斷裂擴展是穿晶的。在金屬強度較高的情況下,即淬火和回火鋼,也有時裂紋沿著晶界(晶間斷裂)擴展。裂紋的邊界是奧氏體,形成如上所述的鋼的高溫相。在冷卻過程中,這些晶界消失時,奧氏體轉化為鐵素體或馬氏體。
  解理斷裂
  在解理的過程中,分離沿著一個特定的晶面進行,在BCC金屬中一般沿著一個{100}晶面進行。 FCC金屬在正常情況下不發生解理。
  a) 含鉻高合金鋼:碳化物作為裂紋源。
  裂紋形核的地方滑移過程受到阻礙,例如在沉淀相(圖2a)或晶界處。由于顆粒相對于彼此方向不同,裂紋表現為梯田式的臺階(圖2b)。新形成的不同裂紋面連接在一起,進一步裂紋擴展產生了河流狀花樣。
  b) 鑄鋼:河流花樣,裂紋萌生于晶界。
  解理面的平坦性說明,只有兩個原子平面參與斷裂面形成過程。但在裂解過程中,塑性區也形成在運行裂紋的前面。這種塑性區消耗了斷裂功的主要部分。取決于裂紋面的材料發生塑性變形時塑性區的橫向范圍。
  在焊接過程中,在兩相奧氏體-鐵素體CrNi鋼(25%鉻5%鎳)熔合線附近的奧氏體可以轉化為δ鐵素體。在隨后的冷卻過程中,δ-鐵素體再次轉變將發生,部分導致奧氏體微晶沿晶界形成薄殼。
  鑒于鐵素體的狀態,鋼隨著溫度下降發生脆化,就像其它鐵素體鋼一樣,但并不這么快。在開裂過程中,鐵素體晶粒按通常的方式沿著{ 100 }晶面斷裂。當到達晶界時裂紋停止,主要歸因于在晶界上存在韌性奧氏體。鄰近晶粒新的裂紋形核。因此,不同晶粒間的開裂相互獨立,只有在一定的屈服后,晶界區才被分離出來。因此沒有形成河流花樣(圖2c)。
  c) 兩相CrNi鋼:單個晶粒內孤立開裂,無河流花樣。
  在淬火和回火鋼,馬氏體也將沿著{ 100 }面解理開裂。由于在單個的馬氏體塊間存在取向的顯著差異,裂紋通過晶界交叉被阻礙,類似于前面提到的兩相鋼這種情況,即剪切過程必須發生,將不同解理面聯合起來,因此很難見到解理面(圖2d)。
  d) 硬化的低合金鋼:細的解理面。