Brittle Fracture'in Metallerdeki Mikroyapısal Kökenlerini Anlayın

Brittle Fracture'in Metallerdeki Mikroyapısal Kökenlerini Anlayın

Metaller modern altyapının arka kemiğini oluşturur, köprülerden ve göklerden uçaklara ve baskı gemilerine kadar uzanır. Güç ve kanala giriş, hatta en zorlu metaller, önceden kırılmaz, çoğu zaman malzeme verimini azaltamaz, elektriksel bozulma modların mikrodüşünsüz kökenlerinden biri olarak, görünür elongasyon veya boyun eğmeden dolayı uyarı verir.

Bir metalin yük altında davranışı sadece bir yığın kompozisyonun işlevi değildir; bu makale mikrometre ve nanometre ölçeklerinde iç mimarlık tarafından derinden etkilenir.S sınırları, ikinci fazlı parçacıklar, dahil edilmeleri, dislokasyonlar ve retorik stresler, bir malzemenin girilip atlatıp bir şekilde başarısız olup olmayacağını belirlemek için kritik roller oynar.Bu makale, mikroyapısal özellikleri inceler.

Brittle Fracture Nedir?

Brittle kırıklığı, çok az plastik deformasyonla hızlı bir şekilde karakterize edilir. Bir tuttle kırıldığında, çatlaklar hızla malzeme aracılığıyla hareket eder, genellikle belirli kristalografik uçaklar (avcle) veya tahıl sınırları boyunca (intergranular kırıklığı) ile karakterize edilir.

Buna karşılık, düktöre kırılması, başarısız olmadan önce önemli plastik deformasyon içerir. Malzeme, boyunlar ve sonunda gözyaşları, süreçte büyük miktarda enerji absorbe edebilir. Bir düktörenin kırılma yüzeyi fibrous ve dimpled. malzemenin plastik akışla yeniden dağıtma yeteneğinde önemli farklar.Bir materyal deform plastik olarak, yerel stresler bir kusurda veya çatlaklarda kritik düzeyde gerekli olan kritik seviyeye yükselebilir.

Brittle kırık özellikle tehlikeli çünkü verim gücü altında stresler meydana gelebilir ve uyarı vermez.Uygunluk gemilerinin felaket başarısızlığı) Dünya Savaşı sırasında başka bir tarihi durumda da, soğuk havalarda yüzlerce gemi kırıktır, genellikle yarıda çeliktir.

Brittle Fracture

Bir metalin mikro yapısı kompozisyonu, işleme tarihi ve ısı tedavisi tarafından belirlenir. Çeşitli mikroyapısal özellikler, çatlakları başlatarak veya kolayca çatlakları kullanarak kırılabilir.

Boyut ve Morpholoji

Boyut en etkili mikroyapısal parametrelerden biridir. Hall-Petch ilişkisine göre, ince tahıllar, tutuklanmayan bir tahılla daha fazla güç ve sertliği arttırırlar. Ancak, sert kırıklık sıcaklığı (DBTT) bağlamında, koarse tahıllar zararlı olabilir.

Ayrıca, kondüktöreler genellikle uzun süreli tahıllar üzerinde tercih edilir. Bazı işlem rotalarında, yuvarlanmak veya dövme gibi, tahıllar deformasyon yönünden elongated edilir, kırıklıkta bir çatlaklar yaratır.

İkincisi-Phase Parçacıkları ve Inclusions

Bir kanalda gömülü ikinci faz parçacıkları stres koncentratörleri olarak hareket edebilir. Ortak örnekler çeliklerde, alüminyum alaşımlarda intermetallicler ve sulfides veya oksitler dahil edilebilir.Tıtma yüklemesinde, bu parçacıklar bir sonucu olarak, matrix-parça arayüzü deşifre edilebilir, veya parçacığın kendisi kırılabilir, bir mikrokrack yaratır.Eğer matrixler çatlakları karıştırırsa, çatlakları koparırsa, çatlakları sert olarak azaltamaz.

Inclusions özellikle sorunlu çünkü genellikle metal olmayan, zayıf bir şekilde matrixe bağlanır ve büyük boyutlarda kırılabilir. Sulfide dahil edilir (örneğin, çelikleşme uygulamaları, yüksek çözünürlükte sertliği azaltmak için bilinir, özellikle de teler formlarında mevcut olduğunda.

Boundary Embrittlement

Tarımsal sınırlar yüksek enerji bölgeleridir ve genellikle segregated impurities içerir.phosphorus, sulfur, antimony ve tin, ısı tedavisi sırasında tahıl sınırlarına daldırılır ve atom bağlarını zayıflatır. Bu fenomen, mizaçlar kırılır.

Hidrojen embrittlementi, diğer bir tahıl-vardırı-la ilişkili fenomendir. Hidrojen atomları metale diyalektik ve tahıl sınırlarına yayılır, kohesive gücü azaltır.Tıbbi stres altında, hidrojen destekli çatlaklar meydana gelebilir, sık sık sık yüksek güç çeliklerinde endişelenir, titanyumlar ve diğer metaller hidrojen ortama veya elektroplatma sırasında maruz kalır.

Precipitate-Free Zones and Soft Phases

Yaşlanmış alaşımlarda, sertleştirici önsözler genellikle dar bölgelerden yoksundur (daha az miktarda alüminyum alaşımlarda ve nikel-base süper tümoylarda görülür.

Mikroyapımsal-Indük Brittle Fracture

İndüktörden hareket, plastik deformasyon ve çatlaklar arasındaki rekabete bağlıdır. Bir çatlak noktasındaki yerel stres yoğunluğu, malzemenin kırılmasına karşı direncini aşıyor ()).

Cleavage Fracture

Cleavage, belirli kristalografik uçaklar boyunca kristalin ayrılmasıdır (tipik olarak {100} Vücut merkezli metre (BCC) metaller ve bazı hexagonal yakın paketler (HCP) metaller.

Cleavage, BCC metallerinde en yaygın, örneğin ferritik çelikler, düşük sıcaklıklar veya yüksek sulu sular gibi. Koarse tahıllar, büyük tıravage varlığı kritik bir boyuta kadar sürebilir, çünkü çatlakları sert bir şekilde kırılabilirler.

Intergranular Fracture

Intergranular kırıklıkları tahıl sınırları boyunca tahıl sınırları boyunca ortaya çıktığında meydana gelir. Bu mod, tahıl sınırlarının yetersiz olduğu durumlarda, ikinci faz yağışı veya çevresel saldırı (örneğin, stres korozyon çatlakları) kırıklık yolu, hangi kırıklık yolunu takip edebilir, ancak çatlaklar hız hala çok yüksek olabilir.

Önemli bir değişken hidrojen tarafından üretilen intergranular kırılır. Hidrojen atomları tahıl sınırlarının eşleştirici enerjisini azaltır, onları sürekli yüklerin altında kırmaya hassas hale getirir.Bu mekanizma yüksek güçlendirici, boru hatları ve uzay bileşenlerinde başarısızlıkların öncü bir nedenidir.

Dislokasyonların ve Plastik Deformasyonların Rolü

Parlak kırılma küçük makrooskopik plastiklüğü içeriyor olsa da, sık sık sık sık çatlaklar.Zorun sınırları gibi engellere, dahil edilmelere veya önceden ayarlamalara izin verilir.Sorunluktan gelen stres konsantrasyonu, nükleksiyona veya nükletmeye kadar, ya da füzyona kadar, sertliğe kadar, kabarıklığa kadar stresin azalmasına neden olabilir.

Bu dislokasyon hareketliliği ve çatlaklar arasındaki etkileşim, BCC metallerinin neden bir kanal geçiş ısısını (DBTT) sergileyeceğini açıklıyor.Tampiyonel devretme hareketi Peierls bariyeri ile engelleniyor ve akış stresi hızla artıyor. Plastik deformasyonu, sert kırıklığa yol açıyor.

Mühendislik Mitigate Brittle Fracture'a Yaklaşımlar

Mikroyapısal kökenleri anlayışıyla silahlı, mühendisler, brittle kırılma riskini azaltmak için çeşitli stratejiler geliştirdiler. Bu yaklaşımlar, malzeme seçimi, işleme kontrolü ve tasarım uygulamaları.

Tevbe

Parçacık boyutunun reddedilmesi, hem güç hem de sertliği geliştirmek için en etkili yollardan biridir. Küçük tahıllar, titanyum veya niobium gibi elementlerle çarpıştırarak, plastik deformasyonu daha eşit bir şekilde dağıtmaya devam ederler, stres konsantrasyonlarını azaltır.

Temiz Çelik ve Inclusion Kontrolü

Metal olmayan dahil edilmelerin sayısını ve boyutunu azaltmak kritiktir. Modern çelikleştirme süreçleri, vakum degassing, kalsiyum tedavisi ve sürekli dökümü elektromanyetik olarak en düşük oksit ve su dahil edilmeleri ile yapılır.

Embrittling Elements

Zülcel sınırlarına ayrılan maddi elementler minimum düzeyde olmalıdır. Çelikler için, fosfor kontrol etmek, tin, antimony ve arsenic, hidroksi embrittlement'dan kaçınmak için gereklidir. alaşımlama sırasında yüksek hacimli elementler ve minimzme standart uygulamalardır.

Heat Treatment Optimizasyonu

Quenching ve mizaç, normalleştirmek ve ekleme mikroyapıyı rafine edebilir ve oturmaz stresleri rahatlatır.Rektörlük çelikleri, gelişmiş sertlikle inşa edilen martensiteye kadar uzanır.

Ductile-to-Brittle Transition Sıcaklıkı Aşağıda Çalışıyor

BCC metalleri için, hizmet sıcaklığının DBTT'nin üzerinde olduğundan emin olmak önemlidir. Bu, baskı gemileri, köprüler ve gemiler için kodlarda belirtilmiştir (örneğin, ASME Kazan ve Basınç Gemisi Kodu).For Arctic applications, çelikler düşük bir DBTT ile - iyi tahıl büyüklüğü, düşük karbon içeriği ve nikel ekleri tarafından gerçekleştirilir - kullanılan Charpy etkisi, DBTT'yi belirlemek ve en düşük beklenen hizmet sıcaklığında yeterli sertliği sağlamak için kullanılır.

Stres Yoğunlaştırmalarını Azaltmak için Tasarım

En zor malzeme bile stres koncentratörleri ciddi olup olmadığını başarısız olabilir. Tasarım ilkeleri keskin köşelerden kaçınır, kesitlerde ve kesitlerdeki aniden değişiklikler.Çalışan radii cömert olmalıdır ve biz kaynaklar hiçbir kesintiye maruz kalmamalı.

Fracture Mechanics ve Muayene

Fracture mekanikleri, bir malzemenin ultrasonik test, radyografi ve manyetik parçacığın çatlakları algılaması gibi tahrip edici bir inceleme boyutunu değerlendirmek için sayısal bir çerçeve sunar. _{veya J-integral. Hasarsız test teknikleri, radyografi ve manyetik parçacık incelemeleri, çatlakları algılama siteleri olarak hizmet edebilecek kusurları tespit etmek için kullanılır.}

Özet Özet Özet Özet Özet Özet Özet Özet Özet Özet

Metallerde Brittle kırıklığı, mikroyapısal özelliklerden kaynaklanır, stres veya atomik kohesion. Coarse tahıllar, ikinci aşamalar, dahil edilmiş stringler ve hidrojen birikimi tüm bu riskleri aniden, felaket ısı tedavisine katkıda bulunabilir ve tüm kırıklıkları ve biyoparlamaların tüm mekanizmaları, dislokasyonların lensleri ve modern atomik yapılarındaki tüm kırıklıkları daha yüksek çözünürlükte ölçebilir.

Referanslar ve Daha Fazla Okuma

• [FONT:0]ASM International[[DÜDÜT:1) – kırık mekanizmalar ve mikroyapı üzerinde kapsamlı kaynaklar.
• [FONT:0]NIST Materials and Structural Systems Division[Dönetici: 1) kırık sertlik testi ve modelleme üzerinde araştırma.
• [FONT:0)Wikipedia: Ductile-brittle geçiş sıcaklığı[Dönetici: 1) BCC metalleri için DBTT konseptine genel bakış.
• [FONT:0) BilimDirect: Brittle Fracture) – Mikroyapısal yönleri kapsayan teknik makaleler.