预裂纹和组织对高强度钢脆性破坏的影响

35411032藤村 友奈

1.背景

有研究表明，由于主裂纹破面发生了二次裂纹(与主裂纹不同的裂纹)，破面的晶粒破坏方向不同，所以可能存在多个发生点。因此，本实验室提出：在脆性破坏发生之前，发生多个裂纹，然后合并、成长，寻找最终的脆性破坏的预破裂多发模型的可能性。

本研究的目的是，确认在最初的主裂纹发生时，有无同时发生的脆性裂纹的初始的预裂纹发生，将裂纹和结晶组织的三维形状图像化，确认预裂纹的发生位置。

2.试样准备

A3钢材，将试样热处理后，用于三点弯曲实验，在试样发生脆性破坏之前解除负荷。

3.磨抛查看试样内部

借助鹿儿岛大学足立教授的全自动逐层切片成像系统(Genus_3D)，对有裂纹的试样进行了自动研磨、拍照、进行了三维图像的制作。

3.1逐层磨抛条件

层厚：5μm

层数：50

3.2成像方法

为了观察晶体组织而进行抛光研磨，用2%硝酸酒精腐蚀液腐蚀后，用光学显微镜进行观察，在300倍条件下拍照。

3.3三维重构

将磨抛成像的50张二维图像进行三维重构。A3钢的三维形状图像如图1所示。

利用EBSD对晶体方位进行了分析。基于Genus_3D的A3钢的三维形状图像如图2所示，基于EBSD的晶体方位测量的结果如图3所示。

3.4三维形状图像的观察

如图1，在加工研磨图像时，由于将晶界、结晶组织、预裂纹同样地通过二值化变换为黑色，因此在三维形状图像中无法区别，很难观察。因此，连续观察加工成三维前的研磨图像，在晶界中有多个边界细薄的部分和观察到边界粗浓的部分。可以推测，该粗浓的边界可能是预裂。具有预裂纹可能性的研磨图像如图4所示。可以确认，看到预裂纹的位置是沿着晶粒边界的。

在鹿儿岛大学制作的三维形状图像中，将二次裂纹前端的角度不同的裂纹命名为SC-A、SC-B，并进行了观察。使用EBSD计测周边的结晶方位，根据图2、图3可以确认，裂纹一边扭曲一边贯通结晶方位不同的结晶晶界。图5表示从多个剖面观察的二次裂纹。

图1 A3钢的三维形状图像

图2 A3钢的Genus_3D三维形状图像

图3 裂纹前端的EBSD图像

图4 预裂纹

图5 从多个剖面的观察

4.结论

1)与晶粒的位置关系：可以确认此次观察到的预裂纹都是沿着晶界发生的。

2)从三维形状图像可知，即使晶体方位多次扭曲，裂纹也会贯通旧γ晶界。