高溫材料與潛變

在室溫下細化晶粒會提高強度(霍爾-佩奇關係),但在高溫下長時間承受負荷的零件,卻常使用粗晶粒或單晶。其理由何者正確?

  1. A晶粒越粗楊氏模數越大,在相同應力下的彈性應變越小,因此即使在高溫下長時間承受負荷,潛變應變也能壓得很小
  2. B高溫下晶界比晶粒內部更強,因此減少晶界,避免差排過度被晶界阻擋,讓晶粒內的差排運動來緩和應力
  3. C高溫下晶界成為快速擴散的路徑與滑移的場所,晶界擴散潛變、晶界滑移與晶界孔洞的生成,晶界越多越容易發生
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正確答案:C. 高溫下晶界成為快速擴散的路徑與滑移的場所,晶界擴散潛變、晶界滑移與晶界孔洞的生成,晶界越多越容易發生

高溫下沿晶界的原子擴散很快,也會發生晶界滑移,因此晶界成為弱的部分。晶界與晶粒內部強度相等的溫度稱為等強溫度,高於此溫度時晶界較弱。因此,擴散潛變(特別是與晶粒尺寸3次方成反比的Coble潛變)、晶界滑移,以及晶界孔洞的生成與合併造成的破斷,在晶界多的細晶粒中越容易發生。高溫零件採用粗晶化、平行於應力的柱狀晶,甚至單晶,就是這個原因。楊氏模數由原子間的鍵結決定,幾乎與晶粒尺寸無關,不會成為粗晶粒的優點。認為高溫下晶界比晶粒內部強的敘述,把關係顛倒了。

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