תפקיד של Grain Boundary Phases in the Mechanical Degradation of Steel

הביצועים המכניים הבולטים של פלדה נובעים לא רק מהרכב הגדול שלה, אלא גם מהאדריכלות הפנימית המורכבת שלה, במיוחד הגבולות המפרידים דגנים בודדים.גבולות דגנים אלה הם אתרים שבהם הסדר אטומי מופרעים, מה שהופך אותם למקומות מועדפים להפרדה של זיהומים וקצב של שלבים משניים, בעוד שחלק מהשלבים של דגנים יכולים לשפר את התכונות, אחרים פועלים כבשרים לכשלים קטסטרופליים, מספק מאמר זה, מספק מנגנונים טכניים עמוקים של מנגנונים מכניים, כגון מנגנונים מכניים, כמו מנגנונים מכניים, כמו מנגנונים מכניים, כמו מנגנונים מכניים, כמו מנגנונים מכניים, כמו מנגנונים מכניים, כמו מנגנוני דיכוי, כמו מנגנונים מכניים, כמו מנגנונים מכניים, מנגנונים מכניים, מנגנוני דיכוי, מנגנוני השפעה עמוקה, כמו אורגניזמים עמוקים של מנגנוני מנגנוני דיכוי, אורגניזמים עמוקים, מנגנוני דיכוי, כמו אורגניזמים עמוקים, כמו מנגנוני דיכוי, מנגנוני דיכוי, בעוד כמה אורגניזמים עמוקים של מנגנוני דיכוי של מנגנוני דיכוי, גלקסיות עמוק, בעוד כמה אורגניזמים עמוקים של גלקסיות עמוק, בעוד כמה גלקסיות עמוק של גלקסיות עמוק, בעוד כמה גלקסיות עמוק, בעוד כמה דגנים, בעוד כמה

יסודות גרלין בגרומים בפלדה

גבול גרגר הוא פגם דו-ממדי שבו שתי נטיות גבישיות נפגשות.בפלדה, שהוא בדרך כלל פוליקריסטל, גרגרי טווח ממספר מיקרומטרים למילימטרים בגודלם. אזור הגבול, רק כמה שכבות אטומיות רחבות, יש מצב אנרגיה גבוה יותר מאשר סגסוגת חנקן (או עודף אנרגיה מניע את הגבולות של אטומים solute - כגון זרחן, vulrephicus, , , stostos), ו-toscate cy, כמו גם cycate Cates, כמו ⁇ s, כמו ⁇ scates) ו-to ⁇ scatesates, כמו ⁇ scateds (או יותר ⁇ rate) ⁇ s) או ⁇ s) או ⁇ sated) ⁇ s) ⁇ saterates (או יותר ⁇ s) כמו גם ⁇ s) כמו ⁇ sate cate cate cated) יותר מאשר ⁇ sives פחות ⁇ sivesives) יש יותר מאשר ⁇ strastrastrastrastrastrasate ⁇ sivestras

מבנה אטומי ו- Segregation

ברמה האטומית, גבולות דגנים מציגים צפיפות אריזה אטומית נמוכה יותר בהשוואה ל- lattice. זה מספק אתרים בין-דתיים ואיגרות חוב מעוות שיכולות להכיל אטומים solute. Segregation הוא מונע מדינמי: זיהומים מורידים את אנרגיית הגבול ולכן נמשכים לאתרים אלה.עבור פלדה, ההפרדה של זרחן מזיקה במיוחד משום שהיא מחלישה כוחות קושחיים על פני הגבול.

Grain Boundary Classification and Phase Formation

שלבי גבול Grain נוצרים באמצעות מספר מנגנונים: משקעים של איזון במהלך טיפול חום, אי-קליבריום מוצקה, או קצבה מושרה מתח.

  • (FLT:0) גבולות צלולים (FLT:1) - ללא זיהומים ושלבים אחרים, המציגים כוח רב עוצמה.
  • (ב) [17] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0 סרטים בין-אירוריים 1) - שכבות אדמדפיליות או ננוקריסטלליין שיכולים להיווצר בסגסוגת פלדה מסוימת (למשל, בשל הפרדה זרחן או הריסות מתכת נוזליות) סרטים אלה להפחית באופן דרסטי את היקף הגבול ולפעול כדרך קלה להפצת סדקים.
  • (ב) [ה]] לא היו אלא מונותים מועשרים של אטומים חסרי פשרות (למשל, P, S, S, S) שהורידו את אנרגיית השברים של הגבול.

מכניקה מכנית של מכניזם קשורה לשלבים Grain Boundary

השלמות המכנית של פלדה נפגעת מאוד כאשר שלבי גבול דגנים לקדם חולשה מקומית.מצבי השפלה העיקריים כוללים התגלמות מזג, התגלמות מימן, קורוזיה intergranular, קוויטציה מצמררת, וסדקים מתח קורוזיון.

« « « « « « «

דוגמה קלאסית של הידרדרות של גבול דגנים היא הריסות פלדה נמוכה-כלוי (ב) כאשר פלדה ממוסחת בטווח הטמפרטורה של 350-550 מעלות צלזיוס, או יותר נפוץ כאשר קריר לאט דרך טווח זה, אלמנטים בלתי-אפשריים כגון phosphorus seggates) על ידי ריכוז אלקטרון דרמטי של סגסוגת מטבולית (Firdus) לפני גבול גרגרים.

המונחים: Embrittlement

הידרוגן מגלם במסלולי גזי חממה גבוהה לעתים קרובות מתגלה כשבר בין-גרידי, שבו אטומי מימן לכודים באתרי גבול דגנים.המימן המלכודת הנלכדה מקטין את כוח האג"ח האטומי - תופעה המכונה decohesion. Grain Frontier carbides ו-Precipitates יכול לפעול כמלכודת בלתי הפיטורים עבור מימן, אשר למעשה להפחית את העיכובים והעיכובים, כאשר הם מכילים פחות מעצורים של 20 קומות, כגון לחץ דם חזק יותר, או יותר, למשל, 000, כגון:

קריפטה ו- Intergranular Fracture

(ב) טמפרטורות גבוהות (מעל 0.4 ToriFLT:0imirphrLT) , טיהור חיץ מוביל לטיהור הגבול של דגנים והכללות.החלים הגבוהים גדלים על ידי גרגר גבול דגנים, ובסופו של דבר פחם כדי ליצור סדקים בין-תחומיים.

קורוזיה בין-גרנרית וקורוזיה מתח

בפלדות אל-חלד, גרגר הגבול כרום (רגישות) מתרחש כאשר chromium carbides precipitate 304 גבולות, משאיר את החומר הסמוך מתמוסס בכרום (נמוך 12 wt%) אזור מדולף זה מותקף באופן מועדף בסביבות קורוזיות (Crosive), המוביל לאפקטים דומים בשלב מחסנים (Frossma) במתחים קלאסיים אלה (למשל, לאחר מכן, תחת לחץ פחמן).

טכניקות להתאמה

הבנת האופי בקנה מידה בסדר של שלבי גבול דגנים דורש כלים אנליטיים ברזולוציה גבוהה. מודרני אלקטרונים מיקרוסקופיה ושיטות ספקטרוסקופיה היו אינסטרומנטאליים ב-correlating שלב כימיה עם ביצועים מכניים.

סריקת אלקטרון מיקרוסקופיה ו- EBSD

סריקת מיקרוסקופיה אלקטרונים (SEM) בשילוב עם גבולות אלקטרונים CSL אחוריים (EBSD) מאפשרת זיהוי של חלוקת גבולות דגנים (GB) גבולות מיוחדים, כגון גבולות CSL נמוך, הם בדרך כלל עמידים יותר להשפלה בין-גרפית. Grain גבול הנדסה באמצעות עיבוד תרמומכאי שמטרתו להגדיל את השבריר של גבולות מיוחדים אלה.

Atom Probe Tomography

Atom בדיקה tomography (APT) מספק מיפוי כימי בקנה מידה 3 ממדים. APT גילה כי אפילו גבולות שנחשבו בעבר "נקין" יכולים להכיל הפרדה מונו-שכבת של בורון, פחמן, או זיהומים שלא ניתן לגילוי על ידי SEM. לדוגמה, APT מחקרים על פלדה מתקדמת גבוהה-מנועי הראו כי הפרדה פחמן לגבולות דגנים יכול לחזק או חלשים בהתאם אם זה יהיה מוגבל כמו פתרון מוצק או מוצק.

Transmission Electron Microscopy ו- Spectroscopy

Transmission אלקטרוני microscopy (TEM) עם אנרגיה-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) ו- אלקטרוני אובדן אנרגיה ספקטרוסקופיה (EELS) יכול לצלם שלבים גבולות דגנים בקנה מידה nanometer. High-resolution TEM (HRTEM) מגלה את המבנה האטומי של סרטים בין-גרפיים, כגון שכבות אחמורפיים בשלב תחמוצמיא-חמצני, מאפשר שילוב ישיר של טכניקות אלה.

אסטרטגיות בקרה ומייגציה

יצרני פלדה ומדענים חומריים מעסיקים מספר אסטרטגיות כדי להתאים את השלבים של גבול דגנים ולצמצם את ההידרדרות המכנית.

אופטימיזציה לטיפול

אנליז בטמפרטורות ספציפיות יכול להמיס precipitates מזיק או להפיץ מחדש את הסיגורים. עבור התגלמות מזג, קירור מהיר בטווח הטמפרטורה הקריטי (350-550 מעלות צלזיוס) מגביל הפרדה זרחן.עבור רגישות בפלדות אל-חלד, פתרון טיפול ארעי (1050-1100 מעלות צלזיוס) ואחריו במהירות מתמוסס סגסוגת של כרום ומונע תחלואה.

מיקרו-סגולה ו-Gettering

הוספת אלמנטים שיוצרים תרכובות יציבות עם זיהומים מזיקים יכול למנוע מהם להתחסן לגבולות דגנים.לדוגמה, molybdenum ו vanadium נקשר זרחן לתוך זרפידים, טיטניום או niobium טופס carbides יציבה להחליף סגסוגת גבול כרום carbides. Boron הוא הוסיף בכוונה לפלדות רבות כי זה משחות לפני גרגר וחיזוק גבולות קשים.

גרלין Boundary Engineering

עיבוד ממתולוגי (rolling, forging, and annealing) יכול לשנות את חלוקת האופי של גרגר הגבול. חזור על מחזורים של עבודה קרה ותיקון מחדש להגדיל את השבריר של גבולות CSL נמוך (למשל, ⁇ 3 תאומים) כי הם פחות נטייה להפרדה ומשקעים.טכניקה זו הוחלה בהצלחה על ידי פלדות אלסטוגניות דלות ניקל המבוססים על חומרים מקודמים (Ric Rerostrfary) אשר מ- 10.

עיצוב פלדה מתקדם

(העיצוב של ⁇ מודרני משתמש בתרמודינמיקה חישובית (למשל, CALPHAD) כדי לחזות את השלבים היציבים של גבולות דגנים בתנאים של שירות. Steels מותאמים למזער את השבריר של שלבים בגבול הבקר.לדוגמה, בשלבי פלדה ממריצים, תוספת של tungstensten, cobalt, ו-Bronייצוב קנס MFLT:023Falures 1Flasts:2FLTs:

כפלות תעשייתיות ומקריות

ההשפעה של שלבים של גבולות דגנים על התדרדרות מכנית אינה רק אקדמית; היא משפיעה ישירות על חיי השירות והבטיחות של רכיבים קריטיים.

תחנת הכוח Steam Turbines

בדלק מאובנים ובתחנות כוח גרעיניות, פלדות רוטטור כפופות לטמפרטורות גבוהות וללחץ במשך עשרות שנים. טמפר מגלם את ה- Cr-Mo-V פלדהs המשמשים בטורבינות בלחץ נמוך הובילו לכשלים קטסטרופליים בשנות ה-70 וה-80.באמצעות בקרת גבול דגנים - מניעת זרחן וטין - ושיפור טיפול חום, רוטטים מודרניים לא מפגינים שום הריסות משמעותיות של 30 שנים לאחר ניתוח של דגנים.

שמן וגז פילין פלדה

פלדות קופיפ (API 5L ציונים) מסתמכות על התנגדות סדקים המושרה מימן. Inclusion של קווירטיס הגבול דגנים בסדרי קרקע כגון Vanadium Carbonitrides מסייע מלכודות מימן, אבל סרטי sulfide רצופים רצופים מגורם הפרדה sulfurfuring. המודרנית desfurization (<0.002% S) ו-S) טיפול נוסף שינוי יתר, מניעת היערכות לאורך גבולות דגנים.

רכב גבוה-Strength Steels

פלדות מתקדמות גבוהות (AHSS) כגון DP ו- Q&P ציונים משתמשים בהנדסת גבול דגנים מורכבים כדי לאזן כוח ודקטיות. עם זאת, בידוד מתכת נוזלי (LME) במהלך גלבוניזציה יכול להתרחש כאשר אבץ חודר גבולות דגנים.שליטה על פני שלבי גבול דגנים באמצעות סרטי קרבה טרום-מהפכה או העשרה יכול או לשפר את החדירה מרכזית של תחום המחקר המתמשך.

Outlook and Research Frontiers

בעוד התקדמות ניכרת נעשתה בהבנה של שלבי גבול דגנים, כמה אתגרים נשארים.האבולוציה הדינמית של שלב דגנים תחת לחץ והפחדה (כמו בתוך כורים גרעיניים) עדיין לא נלכדה לחלוטין על ידי מודלים.התאפיון מתקדם ב situ (באמצעות סינכרונכרן X-ray ספציפי דיפרציה או TEM סביבתיים) הוא חושף התנהגות הפרדה בזמן אמת.

מסקנה

השלבים הגבוליים של גרלין הם בין המאפיינים המיקרו-הוריים המכריעים ביותר המשפיעים על ההידרדרות המכנית של פלדה.בין אם באמצעות הפרדה בלתי-מעורכת, היווצרות precipitate, או סרטים בין-גרפיים רציף, שלבים ננומטריים אלה יכולים להפוך חומר דוקטרילי להפיכה, עם השלכות חמורות עבור אמינות רכיב.רק באמצעות הבנה עמוקה של התרמודיננטים והקינטיקה של היווצרות של שלב דגנים ויישומים של טכנולוגיות מודרניות יכול לשפר את תהליכי בקרה מכניים, אשר עלולים, אשר עלולים, כדי לשפר את חומר חיוני של חומרים קריטיים, עם ביצועים מתקדמים, אשר יהיו עמידים, עם חומרים קריטיים, עם ביצועים מכניים, כדי ליצור מודלים קריטיים יותר, כדי ליצור מודלים קריטיים, כדי ליצור מודלים קריטיים של פלדה, כדי ליצור מודלים קריטיים, עם כישלונות, עם אידיאולוגיים יותר, עם כישלונות, כדי למנוע כישלונות, כדי למנוע אידיאולוגיים קריטיים של טכנולוגיות לחימה, כדי ליצור מודלים קריטיים קריטיים קריטיים של פלדה, כדי למנוע אידיאולוגיים, כדי למנוע כישלונות, כדי למנוע כישלונות, כדי למנוע כישלונות לטווח ארוך-מדומים, כדי ליצור מודלים קריטיים קריטיים קריטיים קריטיים קריטיים