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佐藤Asabe Muhammad Rifai, Motohiro汤Hiroyuki宫本茂, ”晶粒尺寸对应力腐蚀开裂的影响,超细粒度Cu-10 wt %在氨锌合金”,国际期刊的腐蚀, 卷。2017年, 文章的ID2893276, 8 页面, 2017年。 https://doi.org/10.1155/2017/2893276
晶粒尺寸对应力腐蚀开裂的影响,超细粒度Cu-10 wt %在氨锌合金
文摘
晶粒尺寸的影响微米亚微米范围的应力腐蚀开裂(SCC) Cu-10 wt %锌合金研究氨蒸汽使用恒定负载测试。粒度是系统地变化从4μ米至0.12μm×冷轧钢或equal-channel角压(ECAP),其次是退火。上面的时间和减少骨折增加晶粒尺寸1μ米然后开始减少,降低晶粒尺寸在亚微米范围。这种逆趋势讨论了在亚微米范围内的严重的塑性变形,(SPD)诱导超细颗粒微观结构。
1。介绍
晶粒尺寸减少的影响在金属材料的强度已经建立,它对腐蚀的影响更为复杂,似乎并不简单使用一个通用的法律如Hall-Petch屈服应力。似乎减少晶粒尺寸对耐蚀性的影响主要是积极的在不锈钢1和铝合金2,3),而影响边际铜(4,5和钛合金6- - - - - -8]。然而,有一些矛盾的报告涉及相同的材料和环境9- - - - - -11]。有限的可用的文学对晶粒尺寸的影响应力腐蚀开裂(SCC) [12,13]报道越来越抗SCC降低晶粒尺寸。埃德蒙了SCC的晶粒尺寸的影响α铜氨环境中使用一个恒定负载测试和报告增加断裂时间和减少晶粒尺寸(14]。额外的讨论粒径对腐蚀的影响可以在全面审查论文(15,16]。
严重塑性变形(SPD)可以减少晶粒尺寸在亚微米范围大部分为承载结构应用金属材料(17]。所谓的超细粒度(UFG)材料形成的社民党表现出独特的物理和机械性能。例如,ECAP后强度剧增和增加延性仍相对较高,甚至在某些情况下(17- - - - - -19]。这些独特的性质经常归因于deformation-induced UFG结构叠加与位错结构。社民党技术的出现使得UFG材料的腐蚀行为更紧迫的问题和带来的问题的依赖是否腐蚀属性粒度可以外推到亚微米范围回到科学界(15]。
UFG SCC敏感性或纳米材料一直是研究和多远仍有待探索(20.- - - - - -31日]。SCC社民党材料研究的一个限制是,结构材料展览鳞状细胞癌通常是高强度合金奥氏体不锈钢和Cu-Zn等合金,由社会民主党很难过程。幸运的是,腐蚀的研究只需要UFG结构表层,很难甚至表面改性的材料可能是使用方法如喷丸加工(32]或表面机械磨损处理(SMAT) [33]。缺乏研究的另一个原因关于这个主题的屈服强度是很大区别UFG材料形成的SPD和传统的粗粒度的物料,因此标准SCC测试应用的常见负载或位移不可避免地施加不同程度的应变或应力在这两个材料。因此,这两种方法在实验结果可能产生相当大的差异,例如,在时间的情况下断裂。作为一种替代方法,这两种截然不同的材料已经被slow-strain-rate相比测试(SSRT),以及他们对SCC的比率确定伸长断裂在空气中,在解决方案(20.- - - - - -22,24,26- - - - - -29日,31日]。然而,目前尚不清楚是否对SCC敏感性取决于SSRT反映实际服务环境下的性能。在这项研究中,我们研究了晶粒尺寸的影响,从精细谷物到亚微米颗粒,对SCC使用模型Cu-10 wt % Zn-ammonia系统共同的恒定负载。这项研究的目的不是为了比较两个极端(UFG和传统的粗粒度),在许多先前的研究已经完成,但追踪SCC敏感性的变化过渡政权从罚款到亚微米颗粒,以更好地理解UFG材料的鳞状细胞癌从物理的观点。据我们所知,本文是第一个报告的SCC敏感性在恒定负载测试范围的颗粒大小。
2。材料和方法
晶粒大小的商业Cu-10 wt %锌合金是由冷轧钢系统的控制和ECAP热处理紧随其后。ECAP 100毫米长坯料的8毫米平方截面压通过ECAP死两个或八个公元前经过所谓的路线,样品的旋转90°绕其纵轴之间传递。ECAP模具是故意这样设计困难黄铜和不锈钢等材料可以按下,如图1。尽管如此,α铜与锌含量更高,例如,Cu-30 wt %锌、太硬ECAP模具,即使它是更容易SCC和是一个适当的材料目前的研究。因此,选择Cu-10 wt %锌是ECAP的适用性之间的妥协和SCC敏感性。轧钢是减少了50%。经过ECAP和冷轧钢样本,然后在电子炉退火总结如表1,导致晶粒尺寸从0.12μm 38μm。晶粒尺寸是估计使用拦截方法,双胞胎被忽略了规则后晶粒尺寸测量铜和铜合金在JIS0501描述。
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鳞状细胞癌的易感性是评估使用悬臂式装置(图在恒定负载测试2与屈服应力)标本290 MPa以上。280 MPa的常见恒定应力应用于所有鳞状细胞癌标本不管他们的屈服应力,并选择基于我们之前的研究(25),这表明,鳞状细胞癌的易感性是更高的as-ECAPed UFG Cu-10 wt %比粗粒度相同锌合金。骨头标本如图3被放置在室中,14%的氨溶液被放置在底部填满室氨蒸汽。时间断裂是由一个秒表记录放置在梁的边缘。显微组织和断口表面检查透射电子显微镜(TEM,房子2100 f)和field-emission-type扫描电镜(FE-SEM JSM-FE7001)。
3所示。结果与讨论
名义应力-应变曲线得到拉伸测试如图4。ECAPed抗拉强度高的材料有典型的应力-应变曲线和应变硬化能力。因此,他们表现出柱头在塑性变形的发生。拉应力超过600 MPa,更比纯铜(大约450 MPa 8过后的ECAP)。这高拉应力主要是由于固溶硬化和堆垛层错能较低(技术)。Cu-10 wt %锌有超临界流体35的mJ / m2,远低于纯铜(78 mJ / m2)[34]。微观结构观察通过TEM和SEM图所示5,总结了加工路线和生成的晶粒尺寸表1。最小粒度为0.12μm ECAP 8过后就完成了,有点小于实现纯铜(5,31日和纯铝35在我们先前的研究。这小粒度通过社民党与较低的技术,和几个研究已经证明,最小粒度通过社民党尺度与超临界流体(36- - - - - -39]。更大的晶粒尺寸如图5是通过再结晶和/或晶粒生长使用适当的组合ECA /冷轧和退火。而相对均匀的晶粒尺寸在ECAP加工的样品,样品处理冷轧不太统一,表明连续晶粒生长发生在前者情况而不连续再结晶发生在后者。几项研究已经报道,UFG结构具有高分数的高纬度晶界(HAGBs)展览持续在退火后晶粒生长非常高的应变是由社会民主党,而不连续晶粒生长或再结晶时往往会发生HAGB分数更低和更少的应变是由社会民主党40- - - - - -44]。屈服应力之间的关系和互惠的晶粒尺寸如图6。Hall-Petch关系可以分为两个区域,不同的斜坡:地区我和晶粒尺寸大于1μm和地区二世与较小的晶粒尺寸。对应的斜率常数Hall-Petch的关系,表示为 ,在那里屈服应力,是一个常数,然后呢晶粒尺寸。常数估计0.40 MPam吗1/20.27 MPam不远1/2报道阿姆斯特朗et al。45]。过渡Hall-Petch斜率的减小晶粒尺寸在亚微米范围内报道ARB [UFG铝加工的46]。较低的斜坡晶粒尺寸小于1μ0.07 m估计,归因于残余移动携带塑性应变的谷物内部混乱。对于较大的晶粒尺寸更长的退火时间后,斜率越陡峭,因为移动位错密度降低谷物(内46]。这个讨论是基于假设大倾角晶界充当移动混乱的下沉,消费在post-SPD退火(47]。同样,在地区二世在我们的研究中,一些残余移动混乱可能携带塑性应变。然而,与纯铜和纯铝相比有更高的超临界流体,混乱是延伸到肖克利部分混乱和堆积层错很难被吸收到晶界,稍后讨论。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
SCC测试的标本满是黑色玷污的电影,这是众所周知的是厚的脆性氧化铜(铜2导致晶间拉伸应力下鳞状细胞癌(O)48- - - - - -50]。Cu-Zn合金在不到20 wt %锌、晶间SCC往往发生,而超过20 wt %锌的合金往往表现出晶内鳞状细胞癌(51,52]。裂缝传播玷污电影和晶界上形成了以更高的速度比在谷物。残余位移沿晶界可增强晶界的反应,氨和IGSCC的易感性。图7鳞状细胞癌试验中得到显示次骨折的函数粒度的逆平方根。数据Cu-30 wt %锌氨从埃德蒙(14)也在图绘制。与屈服应力如图6变化可分为两个政权,与边界1μm。考虑到埃德蒙的数据Cu-30 wt %锌与大型谷物,它似乎是合理的时间和减少骨折增加晶粒尺寸从传统的粗粒政权到1μm(地区)然后随第二区域的晶粒尺寸减小。地区的积极趋势我可以解释的基础上,假设一个晶间裂纹传播进行局部应力集中在晶界位错累积达到一定临界值,所以在较小的晶粒尺寸,需要较高的外加应力激活足够混乱(53]。SCC敏感性的变化对颗粒尺寸小于1μ米(区域2)可能与Hall-Petch斜率的变化密切相关,可以归因于残余混乱,移动或固定,谷物。这些混乱驻留沿着晶界或被困在晶界非平衡状态(54)的反应性,提高晶界在腐蚀性环境中在第二区域中,呈现易感性更少依赖于晶粒尺寸。UFG纯铜在我们先前的研究,非常短的退火对90秒200°C放松平衡态的非平衡晶界与小晶粒生长5,31日,55,56]。然而,扩展混乱与堆积层错Cu-Zn合金料将难以被吸收到晶界的低能量叠加,所以可能留在谷物在高温退火时间更长时期。此外,非平衡晶界可能更稳定由于锌隔离,和一些可能留在地区二世(57- - - - - -59]。280 MPa的常见恒定应力应用于所有标本,应用规范化的压力屈服应力, 在标本与较低的一个较小的晶粒尺寸,具有更高的屈服强度。这意味着尽管宏观弹性变形下的位错活动在这些材料低,他们更容易受到鳞状细胞癌。
晶界滑动模式被认为是一个可能的塑性变形在UFG材料(18,60)和被观察到在室温下UFG纯铝的原子力显微镜(61年]。膜破裂了晶界滑动在裂纹尖端可能增强敏感性IGSCC恒定负载。目前的结果是符合我们的以前的研究,采用紧凑的标本Cu-10 wt %锌、阈值压力低和时间断裂UFG样本高于同行的大颗粒大小(25]。
宏观上,所有的鳞状细胞癌标本断裂脆性的方式几乎没有塑性变形。SEM断口组织粗粒度的样品1和样品UFG 9所示的数字8(一)和8(b)。显微观察在较高放大显示一个晶间断裂的模式样本(数据8(c)和8(d))。由于粒径非常小,断裂表面容易被玷污的电影,很难获得IGSCC通过SEM观察的明确证据。
除了晶粒尺寸、晶界结构是另一个重要的因素影响IGSCC电阻(62年- - - - - -64年),和一些已经试图减轻SCC通过控制晶界特征分布(GBCD)或通过另一种方法称为晶界工程对(GBE) [65年- - - - - -68年]。理想情况下,晶粒尺寸和晶界特征分布描述时都应该考虑UFG材料SPD的鳞状细胞癌。因此,社民党仍有潜力高SCC电阻材料通过晶界特征分布的平衡和控制。
4所示。结论
在这工作,减小晶粒尺寸的影响到亚微米政权的鳞状细胞癌Cu-10 wt %在氨锌合金使用恒定负载测试调查,导致下面的结论:(1)拉伸得到的屈服应力测试与降低晶粒尺寸增加,但趋势降低了晶粒尺寸小于1μm。因此,Hall-Petch关系可以分为两个区域,不同的斜坡上,斜坡较低的颗粒尺寸小于1μm。(2)时间断裂通过SCC增加晶粒尺寸减少到1μ米然后降低晶粒尺寸进一步减小到亚微米尺度。换句话说,有一个临界晶粒尺寸上面磁化率开始增加,这粒度与粒度,把两个Hall-Petch关系。(3)晶间应力腐蚀裂纹传播无论粒度。SPD-induced晶界有高灵敏度的化学反应和粒间鳞状细胞癌。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作是财务支持jsp KAKENHI批准号26420748从日本铜和黄铜协会和补助金。
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