חשיבותם של גרפין ברוטליסטים למניעת כשלים חומריים במכות

המיקרו של חומרים מתכתיים אינו נוף אחיד, חסר תכונה. בקנה מידה מיקרוסקופי, מתכות מורכבות גבישים קטנים רבים הנקראים גרגרי, כל אחד עם אוריינטציה גבישית נפרדת.הממשקים שבהם גרגרי דגנים אלה נפגשים - גבולות דגנים - הם הרבה יותר מאשר משטחים פשוטים מגעים.הם הם תכונות מיקרו-תרבותיות קריטיות המכתיבות את ההתנהגות המכנית של מתכת, התנגדותה לסביבה, ובסופו של דבר, רגישותה למהנדסים שלה למהנדסים ולמניעה להשפעות של חומרים לאסטרום, לאסטרולטיביים של חומרים רדיואקטיביים, ולאודות, לא רק למדענים.

גבולות גרנין הם אזורים של הפרעת אטומית.בעוד הפנים של גרגר שומר על מבנה קבוע, חוזר על מנוף, אזור הגבול הוא אזור מעבר של אנרגיה גבוהה יותר שבו אטומים נעקרו מעמדות שיווי משקל שלהם.הפרעה זו אינה הופכת את אתרי דגנים של פעילות דגנים כימית, חולשה מכנית, ואת פוטנציאל סדקים סדקים סדקים סדקים , עם זאת, לא כל גבולות הנדסה נוצר שווה.

מה הם Grain Boundaries?

[הגבולות של גרלין מהווים במהלך ההחזקה של מתכת מלוטנת או במהלך תהליכי החלמה כגון נשימה.כאשר מתכת נוזלית קירור, גבישים נרקטים בנקודות מרובות.כפי שה גבישים האלה גדלים, בסופו של דבר הם מחלחלים אחד על השני.הממשקים וכתוצאה מכך הם גבולות דגנים.Incrystalline, הכיוון של הליטקטי משתנה באופן פתאומי מעבר לגבול הקוונטי בין ה-ficerfative של garic.

המבנה של גבול גרגר ניתן לתאר על ידי חמישה מעלות מקרוסקופיות של חופש: שלושה עבור הערפל (הסיבוב הנדרש כדי להתאים את המבצר של גרגר אחד עם השני) ושניים לנטייה של המטוס עצמו.מורכבות זו אומרת שגבולות דגנים קיימים במגוון עצום של תצורה, כל אחד עם מבנה אטומי משלו ורמת אנרגיה.

גבולות גרלין אינם סטטיים.הם יכולים להגר תחת כוחות נהיגה תרמיים או מכניים, לתרום לתופעות כגון גידול דגנים ותיקון מחדש.הניידות שלהם תלויה בגורמים כגון טמפרטורה, תוכן פתור, ונוכחות של חלקיקים אחרים-phase.הבנת הדינמיקה הזו חיונית לתכנון טיפולים חום שהשגת אופי הגבול הרצוי של דגנים.

סוגים של Grain Boundaries

לא כל גבולות הדגנים מתנהגים באותה צורה. סיווג המבוסס על זווית הסתגלות ומערכות יחסים גאומטריות מיוחדות מספק מסגרת לחיזוי השפעתם על תכונות חומריות.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

כאשר העיוות בין גרגרי דגנים סמוכים הוא פחות מ-15 מעלות, הגבול נחשב לגבול סבך נמוך (LAB) הגבולות האלה מורכבים ממערך של פירוקים - פגמים קו בלחיצת קריסטל. כי עיוות הנקה הוא יחסית מתון, נמוך טווח גבולות יש אנרגיה נמוכה יותר ובדרך כלל פחות מזיק לנכסים מכניים.

High-Angle Grain Boundaries

גבולות דגנים גלקסיות גבוהות (HAB) יש נטיות גדולות מ-15 מעלות כאן, המבנה האטומי הופך להיות מאוד מהפרעה, כמו אזור amorphous כמה שכבות אטומיות עבה. HABs יש אנרגיה בין-גזעית גבוהה משמעותית והם אתרי היסוד עבור אזורים רבים מנגנוני כישלונות.הם פועלים כמו גם מכשולים חזקים כדי לפירוק קורקוע, אשר תורמים לחיזוק באמצעות אפקט הול-פטר: דגנים בסדר גבוה יותר (fross) הם גם כן, עם זאת, כמו גם דגנים גבוהים יותר, עם זאת, הם לעתים קרובות יותר, הם נוטים דגנים מלאים יותר, כמו גם היתוך גבוה יותר, עם זאת, עם זאת, כמו גם דגנים מלאים יותר, כמו גם דגנים.

אתר האינטרנט הרשמי של Grain Boundaries: Twin Boundaries and Coincident Site Lattice Boundaries

בין התצורה האפשרית של גבול דגנים, חלקם בעלי תכונות יוצאות דופן.הידועים ביותר הם (FLT:0) סנקציות תאום גבולות דגנים FLT:1, בדרך כלל נצפה במכות מעוקבות ממוקדות כמו נחושת, ניקל, ו austenitic נירוסטה.com אלה לחסום את הגבולות האלה במהלך תיקון נסיגתם של 60° סביב athre; ו-111gt; לעתים קרובות על ידי רמה גבוהה של פחמן C3.

גבולות אחרים נמוכים יותר של CSL (כגון ⁇ 5, ⁇ 7, ⁇ 9 וכו ') יש גם אנרגיה נמוכה יותר מאשר גבולות סבך גבוה כללי, אם כי לא נמוך כמו ⁇ 3. הרעיון של FLT:0grain גבול חלוקת אופי פיזור 1 (GB) הפך כלי מפתח בעיצוב חומרים.

השפעות של גרפין Boundary Characteristics על נכסים חומריים

אופי של גבולות דגנים משפיע ישירות כמעט על כל רכוש מכני וכימיקלי חשוב של רכיב מתכתי.בדיקה מפורטת מגלה מדוע הנדסת גבולות דגנים היא כל כך קריטית.

כוח מכני ודוכסיות

כאמור, גבולות דגנים מתפזרים, מה שהופך מתכות חזקות יותר ככל שגודל דגנים יורד (יחס Hall-Petch) עם זאת, חיזוק זה מגיע בעלות: אם הגבולות הופכים רבים מדי או אם הם בעלי אופי אנרגיה גבוהה, הם עלולים להיכשל מוקדם יותר תחת עומס Tenile או מחזורי.שבר אינטרגרידי - המשתרע על פני גבולות דגנים - הוא מצב משותף של כשל בחומרים שבהם הם נחלשים, כגון דגנים, או דגנים, לעתים קרובות, יכולת קירור גבוהה, או דגנים, או דגנים, עלולים, או דגנים, יכול להכיל מגבלות מתכתית, לעתים קרובות.

התנגדות קורוזיה

גבולות גרלין הם תגובת כימי בשל המבנה הפגום שלהם.הם אתרי anodic בסביבות אלקטרוכימיות רבות, מה שהופך אותם נתיבים מועדפים עבור קורוזיה.ב מפלדות אל-חלד sensitized, chromies precipitate בגבולות דגנים, depleing the מטריקס הסמוך של כרום והופכת את הגבולות רגישים לתאומים בין- 3 סגסוגת גבוהה על ידי סגסוגת גבוהה, אך לעתים קרובות, אך לא ניתן לייצבת גבול סגסוגת חיסונית, אך לא ניתן לצמצום גבוה יותר, אך גם על ידי סגסוגת גבוהה יותר, אך גם על ידי סגסוגת גבוהה של סגסוגת גבוהה יותר, אך לא ניתן לצמצום גבולות סגסוגת גבוהה יותר, אך לא ניתן לצמצום על ידי סגסוגת גבוהה יותר, אך גם על ידי סגסוגת גבוהה יותר, אך לעתים קרובות.

Fatigue Life and Creep Resistance

בהטעינה מחזורית (fatigue), גבולות דגנים יכולים לשמש אתרי סדקים, במיוחד אם הם מנטרקים את פני השטח החופשי.גבולות עתירי אנרגיה גבוהים יותר לפתח חדירה וסטיות כי סדקים עייפות מתפתלים.עם זאת, הגבולות יכולים גם לגרד את הצמיחה על ידי גרימת סדקים דה או סניף. עבור יישומים עתירי זמן גבוהים (creep), גרגר הגבול הוא לעתים קרובות מכיל מתחמי לחץ דם גבוה יותר עבור גבולות של כוח חיים מפוסקים קצרים יותר.

מצבי כישלון קשורים עם Grain Boundaries

כמה מנגנוני כשלון שונים מקורם בגבולות דגנים, כל אחד דורש אסטרטגיות מניעה ספציפיות.

« « ריבועים

זהו ההפרדה של חומר לאורך גבולות דגנים, לעתים קרובות ללא עיוות פלסטי הניתן לחיזוי.זה יכול להיגרם על ידי גבולות חלשים בשל הפרדה של זיהומים (למשל, sulfur, זרחן, אנטימוני) או על ידי משקעים של שלבים מלוחים לאורך גבולות. טמפר embriment in Steels הוא דוגמה קלאסית.

מתח קורוזיה (SCC)

SCC מתרחשת כאשר מתכת תחת לחץ רבילי נחשפים לסביבה מסוימת קורוזית.הסדקים לעתים קרובות propagate לאורך גבולות דגנים כי הם פעילים מבחינה כימית. in anustenitic נירוסטה פלדה חשופים לסביבות כלוריד, SCC לעתים קרובות עוקב אחר גבולות דגנים ensitized. Grain גבול הנדסה כדי להגדיל את השבר של ⁇ 3 הוכח לעצור את Sagation במערכות רבות, כולל כל 600 כורים גרעיניים.

המונחים: Embrittlement

אטומים הידרוגן, אפילו בכמויות קטנות, יכול להתפוגג לתוך מתכות ובודדים בגבולות דגנים, מחליש אותם.זה מוביל לעיכוב שבר תחת עומס מתמשך.האפקט חמור יותר בפלדות גבוהות. Boundaries עם אנרגיה קוהרסיבית נמוכה הם רגישים יותר.כל תוספות כי מלכודות מימן או מיקרו מבנים עם קנס, מפוזר יכול לעזור, כמו קידום גבולות מיוחדים יכול להיות פחות מימן.

אסטרטגיות לGirin Boundary Engineering

הנדסה בגבול Grain (GBE) היא מניפולציה מכוונת של חלוקת אופי דגנים לשיפור ביצועים חומריים.המטרה היא למקסם את השבריר של גבולות CSL נמוך (במיוחד ⁇ 3) ולמזער את השבריר של גבולות סבך אקראי.

עיבוד rmomechanical

GBE מסתמך במידה רבה על רצפים מבוקרים של עיוות ו annealing. תהליכים אופייניים כרוכים כמות מתונה של עבודה קרה (למשל, 5-20% עובי הפחתת) ואחריו anneal בעל טמפרטורה נמוכה.זה גורם התחדשות בינונית וגידול דגנים באופן אשר מעדיף היווצרות של תאומים אנמנלינג.

גרסטין מסרב

הפחתת גודל הדגנים הכולל מגביר את שטח הגבול הכולל של דגנים.בעוד שזה יכול לחזק את החומר, זה גם מגביר את הפוטנציאל לכישלון בין-גרידי אם גבולות חלשים.עם זאת, הזיכוך בשילוב עם GBE יכול להיות סינרגי: דגנים דק עם שבריר גבוהה של גבולות מיוחדים מציעים גם כוח והתנגדות לפצח גלקטי שווה (CAP) או לעורר חיכוך יכול לייצר אז הם עיבוד אולטרה-רנטימי.

שליטה על הכלוי והחוסר-השמדה

אלמנטים מסוימים סגסוגת מייצבים גבולות מיוחדים או מדכאים את היווצרות של precipitate מזיקים.לדוגמה, בסופר-כלוי מבוסס ניקל, בורון ופחמן פליטה לגבולות דגנים באופן מבוקר, שיפור כפייה והתנגדות זחילה.בפלדות אל-חלד, בנוסף טיטניום או חנקיום מונע משקעים כרום carbide על ידי יצירת יותר יציבים.

ייצור ויצירה חדשנית

טכניקות מתפתחות כגון אבקת לייזר היתוך ואלקטרונית נמס לייצר מיקרו מבנים ייחודיים עם גבולות דגנים שאינם ⁇ . Post-מעבד טיפול חום יכול להיות מותאם לקידום היווצרות הגבול CSL. החוקרים גם לחקור הנדסת גבולות דגנים ב מעוקבים ממוקד גוף (BCC) מתכות, שבו גבולות תאומים פחות נפוצים, באמצעות סוגים אחרים CSL (למשל, ⁇ ב ⁇ 3, אבל הוא קשה, B5, אבל ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , אבל יכול להיות קשה, אבל ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מחקרים ויישומים

ניקל Superalloys

דיסקים ולהבים במנועי טורבינות גז פועלים תחת טמפרטורות קיצוניות וסטרס.כישלון אינטרגרנורי הוא דאגה עיקרית.הנדסה בגבול גרנין הוחלה על ⁇ כמו Inconel 718 ו- Waspaloy כדי להגדיל את השבריר של ⁇ 3 גבולות.זה מקטין את קצב הצמיחה הסדקים במהלך עייפות ו- Craringing Life. לדוגמה, מחקר של המכון הלאומי של סטנדרטים וטכנולוגיה (NFlow) אשר הראה על פני 3 פעולות מעובדות יותר: 1Flowed על פני שטח 6.

פלדה ללא ספק עבור יישומים גרעיניים

בכורים קלים, רכיבים עשויים 304 ו 316 נירוסטה פלדה רגישים ללחיצת מתח corrosion (IGSCC) טמפרטורה, קרינה, וכימיה מים להחמיר את הבעיה. אמצעי מייגציה כוללים שימוש בפחמן נמוך (304L) או ייצוב סגסוגת 1L) או ייצוב של 316 (Ricial Reduction) או 316Ferected Rate) או 316-L) 304 LT2, בנוסף, הנדסה גבול 304 הנדסת גבולות מחסנית, בנוסף, עיבוד תרמומטרוניאלי החל בהצלחה להפחית את הפחתת תנאי 316F.

קווי צינור ושרירים בלחץ

פלדה קופיפ עבור נפט ותחבורה גז חייב לעמוד בפני סדקים מושרה מימן וסדקים מתח sulfide סדקים. בעוד פלדה אלה הם בדרך כלל BCC (פריטי), החידושים הנדסת גבולות דגנים מפותחים. אסטרטגיה אחת היא לחדד את גודל דגנים ולקדם צפיפות גבוהה של גבולות סבך נמוך דרך גלגול מבוקר.2 כרוך יצירת מבנה כפול (פרו + ביניט) עם שבריר אנרגיה גבוהה של גבולות גמישים עדיין על פני שטח נמוך יותר (GFRE) אך ורק על פני שטח פתוח רלוונטי פחות רלוונטי מחקר: 1.

מסקנה

המאפיינים של גבולות דגנים אינם רק פרט מיקרו-מבנה – הם מהווים מושג ראשוני אם רכיב מתכת יבצע באופן אמין או להיכשל מוקדם יותר.מ-אנרגיה נמוכה, ⁇ 3 גבולות תאום עמידים למגבלות השבירה והבערות של קופל אקראי גבוה, המגוון של סוגי גבול דגנים מספק גם אתגר וגם הזדמנות.

הנדסת גבולות של גרנין, אם כי הוקמה היטב בסגסוגת ניקל ופלדה אל-חלד, היא עדיין תחום מתרחב עם פוטנציאל משמעותי במערכות חומר אחרות, כולל אלומיניום, טיטניום, פלדה מתקדמת גבוהה-מנועית. כמו דוגמנות חישובית של רשתות דגנים גבול משתפרת, זה יהיה אפשרי לחזות ו- GBCD עבור מצבי הנדסת חשמל ספציפיים, נוסף להפחית את הסיכון של תעשיות קטסטרופליות.