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金属誘起脆化（MIE）は、固体または液体の金属が母材に拡散することで生じる脆化です。金属誘起脆化は、金属が引張応力下にあるときに低融点金属と接触すると発生します。脆化物質は固体（SMIE）または液体（液体金属脆化）のいずれかです。十分な引張応力がかかると、融点よりわずかに高い温度でMIE破壊が瞬時に発生します。脆化物質の融点より低い温度では、固体拡散が主な輸送メカニズムです。[1]これは次のように発生します。
- マトリックスの亀裂付近の粒界を通じた拡散
- 最初の単分子層不均一表面脆化原子の拡散
- 脆化剤の第二単層不均一表面拡散
- 脆化剤の層上への表面拡散
SMIEの主な輸送メカニズムは、亀裂の先端で自己拡散として特徴付けられるほど厚い脆化剤の層上での脆化剤の表面自己拡散です。[1]これと比較して、LMIEの主なメカニズムは、亀裂の先端に浸透するバルク液体の流れです。
例
研究により、Zn、Pb、Cd、Sn、In は、それぞれの脆化物質の融点以下の温度で鋼を脆くする可能性があることがわかっています。
力学と温度依存性
液体金属脆化( LME )と同様に、固体金属誘起脆化は材料の破壊強度の低下をもたらします。さらに、ある温度範囲での引張延性の低下は金属誘起脆化の兆候です。SMIE は脆化因子の融点より少し低い温度で最大になりますが、SMIE が発生する範囲は0.75 × T mからT mまでです ( T mは脆化因子の融点) 。[4]延性の低下は、安定した亜臨界粒界亀裂の形成と伝播によって引き起こされます。SMIE は、本来は延性のある材料に粒界と粒内の両方の破面を生成します。[4]
SMIE による亀裂発生と伝播の速度論
亀裂の進展は、亀裂の発生とは対照的に、固体誘起金属脆化の速度決定ステップです。固体金属誘起脆化につながる主なメカニズムは、亀裂先端での脆化物質の多層表面自己拡散です。[1] [4] [5]金属誘起脆化を起こしている亀裂の伝播速度は、亀裂先端に存在する脆化物質の供給の関数です。SMIE の亀裂速度は、LMIE 速度よりもはるかに遅いです。[5] SMIE による材料の壊滅的な破壊は、亀裂が臨界点まで伝播した結果として発生します。このため、亀裂の伝播は、核生成した亀裂の先端での脆化物質の輸送速度とメカニズムによって制御されます。SMIE は、亀裂経路の曲がり具合を増やして粒界亀裂に対する抵抗を増やすことで緩和できます。
感受性
SMIE は LMIE ほど一般的ではなく、水素脆化、疲労、応力腐食割れなどの他の故障メカニズムよりもはるかに一般的ではありません。それでも、脆化メカニズムは、材料コンポーネントの製造、コーティング、テスト、またはサービス中に発生する可能性があります。SMIE の感受性は、次の材料特性によって増加します。
- 高強度材料の強度向上[5]
- 粒度の増大[5]
- 波状滑りよりも平面滑りが大きい材料[5]
参考文献
- ^ abc P. Gordon、「金属誘起脆化 - 脆化剤輸送メカニズムの評価」Metallurgical Transactions A、9、p. 267 (1978)。https://doi.org/10.1007/BF02646710
- ^ DN Fager および WF Spurr、「固体カドミウム脆化: チタン合金、腐食」、26、409、(1970)。
- ^ N,A. Tiner、「水銀でコーティングした銅と亜鉛の破壊挙動に関する研究」、Trans. AIME、221 (1961) 261。
- ^ abcd JC Lynn、WR Warke、P.Gordon、「固体金属による鋼鉄の脆化」、Materials Science and Engineering、Elsevier、18、p. 51-62、、(1974) doi.org/10.1016/0025-5416(75)90072-5。
- ^ abcde Lynch, SP (1992年4月). 「金属誘起材料脆化」.材料特性評価. 28 (3): 279–289. doi :10.1016/1044-5803(92)90017-c. ISSN 1044-5803.