Çeliklerde Intergranular Fracture: Mechanisms and Mitigation
Intergranular kırıklığı (IGF), malzeme ve#8217'de farklı ve sık sık felaket bir başarısızlık modu temsil eder.Bu brittle başarısızlığı yolu, maddi ve #8217; Güç verir, özellikle de baskı gemileri, rotorlu yapılar gibi yük devre dışı yapılarını anlamak, boru hatları ve uçak taşıma yollarının kök sınırlarının altında meydana getirir.
Bu makale, ISBritme, yaşam değerlendirme ve önleme için pratik mühendislik yaklaşımlarını kapsar, örneğin, vücut sınır zayıflığı, ikincil faz yağışı ve hidrojen embritlement gibi çevresel etkileşimleri kapsar.[BİLMLERD)[M3][FONT, yaşam değerlendirmesi ve önleme, yerleşik standartlar ve başarısızlık analiz uygulamaları hakkında çizimler:0)
Transgranular Fracture'den Ayrılma
Bir çatlakların yolu polikliniği ile alır, alt sıcaklıklarda ilk büyük ipucu verir.Bir transgranular kırılır, tahılların iç kısmında, sınırları görmezden gelinen çatlakların (sırasıtma) olduğu yerlerdeki cleavage uçaklarının düşük sıcaklıklarda, cleavage uçaklarının düşük enerjili bir yol sunduğu veya mikron kırıldığı yerlerdeki kömürleri kırar.
Bir intergranular kırıldı, çatlaklar tahıl sınırlarını takip eder. Taramalı elektron mikroskopu altında görüntülenen zaman (SEM), kırık yüzey, karakteristik ve #8220;rock candy & #8221; veya & #8220;granular & #8221; görünüş, yerel kimyada çekilen üç boyutlu yüzler, ikinci türlerdeki tahılların varlığıyla ortaya çıkan tahıl sınırlarının zayıf yolu haline gelir.
Intergranular Embrittlementin İlk Mekanizmaları
Çeşitli farklı mekanizmalar, iç içe geçmiş bir başarısızlıkla sonuçlanır. Bu mekanizmalar genellikle interaktiftir; örneğin, önceden belirlenmiş bir segregasyon katmanı, hidrojen destekli çatlaklara karşı algılanabilir.
Eşleştirme ve Temper Embrittlement
Temper embrittlement, karmaşıklıkta veya yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş 375°C ile 575°C arasında karşılaşılır.
Demir lattice'de sınırlı çözünürlükte olan birincil suçlu elementler şunlardır:
- [0]Fiyforus (P)).
- [FONT:0]Antimony (Sb)).
- [FONT:0)Arsenic (As)).
- [0]Tin (Sn)).
Bu elementler, orijinal ham malzemeden veya kazınarak çelikte mevcut, zamanla sınırların üzerinde yoğunlaşır. embrittlement geri dönüşümlüdür; çelik, kaynak stresi veya hizmet işlemi sırasında tehlikeli sıcaklık penceresine maruz kalır.
Precipitation-Driven Embrittlement ve Sensitization
İkinci büyük rota, iç çarpık kırılmalar, tahıl sınırlarındaki ikincil aşamaların oluşumunu içerir. Bu, elektrotların ısı döngüsü sırasındaki değiştirilmesinden kaynaklanan bir paslanmaz çeliktir.
Bu kromozom, kromatografinin (özellikle Cr23C) şeklinde tepki verdiğinde, çökmüş olan ve dışlanmış bir ortamdaki çatlakların (geçmiş) sınır dışı edilmesi için karbon ile tepki verir.
En yaygın endüstriyel senaryo, hassaslaşma için ısı etkilenmiş bölge (HAZ) bir kaynak için bitişiktir. Sorun şu şekilde azaltılabilir:
- [Üye Olmayanlar İçin Tıklayınız.) (S.G., 304L, 316L) · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
- [0] Çelikleri ([Düzücüler) titanyum (321) veya niobium (347) gibi elementlerle istikrarsızlaştırmak ve kromatoid lübünlerin oluşmasını önlemek.
- [FONT:0) Bir çözüm ek ısı tedavisini () bilgilendirin (C-11-50C) hızla ışıma ve kromatyon dağıtımını düzelterek takip etti.
Otomobillere ek olarak, sigma aşaması ( ⁇ ) bir intermetalliclik bileşiktir (FeCr) bu tür yüksek sıcaklıklarda sceptability paslanmaz çelikler için standartlaştırılmış testler için uygundur. Sigma faz parçacıkları sert ve tuzlu sınırlarda ve onların varlığı, ağır bir dayanıklılık ve sertliğe neden olabilir, genellikle hizmet yükleri altında kırılabilir.
Çevre Embrittlement: Hidrojen ve SCC
Çevre etkileşimleri, intergranular kırıntılarının en agresif sürücüleri arasındadır. İki birincil form hidrojen embrittlement (HE) ve stres-kırıklık (SCC)dir.
[FONT:0]Hydrogen embrittlement[Dönetici], atomik hidrojen çelike yayılmak üzere meydana gelir. Kaynaklar, korozyon reaksiyonları (toplayıcı hidrojen), kaynak, elektroplating ve yüksek basınçlı hidrojen gazına maruz kalma.
- [FONT:0)Decohesion (HEDE): ) Hidrojen, tahıl sınırının kendi kendine ait olan kollektif gücünü azaltır, çekme stresi altında çekmeyi kolaylaştırır.
- [FONT:0)Enhanced Plastikite (HELP): ), Hidrojen, yerel olarak yerleşme hareketini kolaylaştırmaktadır, sınırların konsantrasyonunu ve boşluk formasyonunu azaltmaya yol açar.
- [FONT:0)Hydride Formasyon:[Dönergede 1, 1 ) Bazı metallerde, kırılgan hipnoz formlarında ve kırıklık.
O'nun susceptability to HE, çelik ve #8217'ye çok bağlıdır; H2S içeren maddi seçim için katı kılavuzlar (H2S) petrol ve gaz endüstrisinde, açıkça hidrojen kaynaklı iyonlardan kaçınmak ve uygun ısı tedavilerini belirtmek için uygundur.
[FONT:0]Stress-kampiyonel çatlakları (SCC)[FONT:0) Metal-environment kombinasyonuna bağlı olarak çatlaklar veya transgranular genellikle, elektrotsal olmayan bir ortama karşı uygulanan kimyasal türlerle ilişkilendirilir. Örneğin, klorür çeliklerde ve politoksisiteli asit çatlaklarda çatlakları kontrol eder.
Metalurjik Faktörler Susceptability
Intergranular kırılma olasılığı sadece aktif mekanizmanın bir fonksiyonu değildir. Mühendislerin spesifikasyon ve işleme yoluyla kontrol edebilecek birkaç temel metalurjik parametreler tarafından modlandırılmıştır.
Boyut ve Morpholoji
Boyut, kırık direnci belirlemede belirleyici bir rol oynar. Genel olarak, iyi huylu çelikler, her bir sınırda hem de transgranular için daha dayanıklı ve yüksek çözünürlükte bir miktar kırılır. Bu, zorbalıkların zayıf etkilerini kısmen azaltır. Coarse-grained çelikler, tersyüzlü bir şekilde, daha fazla doğrudan uçlu noktaların yoğunlaşmasını sağlar.
Sınır karakteri de önemlidir. Düşük bir tesadüf sitesi lattice (CSL) indeksi ile Sınırlar genellikle özel sınırları artırmak için kullanılır (örneğin, ⁇ 3 bir iki sınırı, belirli alaşım sistemlerindeki bozulmaya karşı daha dirençlidir.
Mutfak Kompozisyon ve Temizlikler
Çelikin temel kompozisyonu temel susceptability'i belirler. Güçlü lübünlerin varlığı (Cr, Mo, V, Ti, Nb) karbonu bağlar ve hassaslaştırmayı engelleyebilir, ancak dağıtımları sağlam bir çözüm sağlayan unsurların dikkatli bir şekilde kontrol edilmesi gerekir (Ni, Mn, Si) ayrıca P ve S. gibi tramvay elementlerinin aktivitesini ve diffusunu da etkileyebilir.
Çelik temizlemeler muhtemelen en önemli faktör, gregasyon ile ilgili IGF'i kontrol etmek için en önemli faktördür. Sulfur ve fosforun ultra-düşük seviyelere (örneğin, <0.001% P ve S) nadir toprak metalleri gibi, lanthanum) veya kalsiyum gibi mikrobiyönetme ve dikme riskini dramatik bir şekilde azaltabilir.
Termal İşleme Tarihi
Sıcaklık tedavisi çelik ve #8217'nin son arbiteridir; IGF. Kaynak termal çevrimleri karmaşık gradyanları sıcaklık ve soğutma oranı ile tanıştırabilir, bu da heterojen bir mikroyapı oluşturabilir. Örneğin, ısı kaynaklı bir bölge (HAZ) için, hidrojenin yanı sıra, sertleştirici veya hidrojenin yanı sıra, sertleştirilmiş ısıtılmasına izin verir.
Fractography ve Analytical Karakterizasyon
Doğru şekilde intergranular kırıklarını tanımlamak ve kökünü ölçmek, malzemenin mühendislik ve başarısızlık analizinin kritik bir işlevidir.Bu çalışma için birincil araç elektron mikroscopy (SEM) Bir intergranular kırık yüzey farklı gösterir, pürüzsüz, yüzlenmiş tahıllar. Yüksek magnification yüzeyin incelenmesiyle, analist genellikle farklı nedenleri ayırt edebilir.
- [FONT:0)Brittle IGF (Segregation): ), Temiz, yumuşak yüzler keskin tahıl kenarlarıyla ilişkili değildir. plastikliğin kanıtı yoktur.
- [FONT:0)Ductile IGF (Öyleçme):[DucT:1) Bu, iyi dimples (mikrosten kömürden uzak), başarısızlıkların sınırdaki nükleksiyon ve büyümenin sınırda iyi bir ön kodlama ile meydana geldiğini gösteren.
- [FONT=0)IGF ile Korozyon Ürünler:[Döneticiler oksit filmleriyle, korozyon yatakları veya mud-kahkadar kalıplarıyla kaplıdır, SCC veya korozyon yorgunluklarını güçlü bir şekilde gösterir.
Zehir sınırı kimyasının kesin bir analizi için, Auger elektron spektroskopi (AES) en güçlü tekniğidir. Çünkü analiz derinliği sadece birkaç atom tabakadır, AES, doğrudan boşlukların konsantrasyonunu ölçebilir (P, S, Sn, Sb) kırık yüzeyde segregate.
Mühendislik Stratejileri Önlem ve Davalar
Intergranular kırılmasını önlemek, kompozisyon, işleme, çevre ve tasarıma ilişkin bütünleşik bir yaklaşım gerektirir. Belirli strateji, oyunda baskın mekanizmaya bağlıdır.
Kompozisyon ve Impurities Kontrolü
IGF'in önlenmesi için en etkili uzun vadeli strateji, tramvay elemanları üzerinde sıkı kontrol ile temiz çelik belirtmektir.Büyük Türbin rotorları ve yüksek basınçlı gemiler, çelik özellikleri genellikle P, S, Sn, Sb ve As., VAR) veya elektroslag remelting (ESR) gibi kritik uygulamalar için, mikropiyon seviyelerini daha fazla azaltabilir ve mikropüresel homojenliği geliştirebilir.
Termal İşleme Optimizasyonu Optimizasyonu
Proper ısı tedavisi IG embrittlement'den kaçınmak için önemlidir.
- [FONT:0]Zizma aralıkları [Dönetici: 1) paslanmaz çeliklerde. L-gradları kullanın veya inşaat için stabiliz edilen notları kullanın.
- [FONT:0) Soğutma hızları [[Döneticileri), emmizleme aralığının, dürtü ve mizlemeden kaçınmak için genel olarak normal ve mizaç (N&T) üzerinde tercih edilir.
- [FONT=0) Uygulamalı PWHT[[Dönetici] stresleri ve mizaçları rahatlatmak için uygun bir şekilde kullanılabilir, ancak PWHT sıcaklığının embrittlement penceresinde olmadığı garanti edilir.
Çevre ve Tasarım Kontrolleri
Çevre ambrrittlementi bir risk olduğunda, çevre ve çelik yüzeyi arasındaki bağlantıyı bozmaya odaklanır.
- [FONT:0]Köpekler ve Linings:[Dönetici:[Dönetici:) Koruyucu kaplamalar (örneğin, termal sprey, cladding) substratlara ulaşmadan koratif türlerin önlenmesine engel olabilir.
- [FONT:0)Inhibitors ve Kimyasal Kontrol: Sıvıları işlemek veya pH kontrol etmek için korozyon inhibitörleri eklemek, oksijen ve klorür seviyeleri SCC susceptability'i büyük ölçüde azaltabilir.
- [FONT:0]Stress Rez:[Dönetici:[Dönetici:0) Kaynaktan gelen mükemmel stresler ve SCC ve HE. Stresli ısı tedavisi, yüzeyde faydalı sert stresler teşvik etmek için atış, veya sadece stres konsantrasyonlarını azaltmak için kaynak geometrisini hazırlamak etkili mitigation stratejileridir.
- [FONT:0]Kathodic Koruma (CP): CP genel korozyon ve SCC'yi önlemede çok etkilidir, ancak dikkatli bir şekilde uygulanmalıdır. Aşırı koruma (göpektif negatif potansiyel) atomik hidrojeni yüzeyde üretebilir ve özellikle yüksek çeliklerde de teşvik edebilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Intergranular kırıklığı, yüksek çözünürlükte bir hidrojenin içilmesinden veya çevredeki davranışından ortaya çıkan karmaşık bir başarısızlık modudur.Politikanın denge bölünmesi, büyük bir rotor çelikte fosforun düşmesi, burada ve yüksek çözünürlükte bir paslanmaz çelik bileşiminde, termal işlemedeki hidrojenin etkisinden kaynaklanan derin bir kontrolden kaynaklanan engeller ve çoğu zaman bu performansın en etkili şekilde azaltılmasını sağlayabilir.
Referanslar ve Daha Fazla Okuma
Mühendisler ve malzemeler bilim insanları, iç kırıklık anlayışını derinleştirmek için, aşağıdaki kaynaklar önerilir:
- ASM International. (2002).ETHFLT:0)ASM Handbook, Volume 11: Başarısızlık Analizi ve Önleme).
- NACE International / AMPP.ETHFLT:0)NACE MR0175/ISO 15156: Petrol ve doğal gaz endüstrileri - Petrol ve gaz üretimindeki kullanım için malzemeler).
- ASTM International.FL:0)ASTM A262: Morales'teki Intergranular Saldırısı için Standart Uygulamalar).
- Briant, C. L., & Banerji, S. K. (Eds.) (2013).ETHFLT:0) Malzeme Bilimi veamp; Teknoloji, Cilt 25: Mühendislik Alaşımlarının Embrittlementi[FLT]