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A new model of grain boundary failure in temper embrittled steel

โœ Scribed by Wolfgang Losch


Publisher
Elsevier Science
Year
1979
Weight
965 KB
Volume
27
Category
Article
ISSN
0001-6160

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โœฆ Synopsis


A new model of grain boundary failure for intergranular fracture modes is developed. After se !Y egation during heat treatment the embrittle active group B (IV, V, VI) metalloids (I), which have a ns p" electron configuration, are supposed to form a layer with dominating covalent bond character along the grain boundaries. It is suggested that embrittlement is due to: (1) direction depending p-orbitals of the rigid metalloid bonds; (2) metal-metal atom (4s)-bond disruption in the neighboured metal (M) layers caused by the formation of strong I(3p jM(4s) electron pairing: (3) mutual I-1 attraction resulting in a reduction of M-I bond strength. The model is based on the experimentally proved equivalence of free surface and bulk interface chemical reactions. Results are therefore extracted from quantitative valence bond theory calculations of sulfur chemisorption on a Ni(100) model free surface as developed in theoretical works of catalysis. Quantitatively a two-dimensional 53" model grain boundary is discussed in order to demonstrate structural similarity. Rbum&-Nous presentons un nouveau modile pour les modes de rupture intergranulaire. Apris la segregation au tours du traitement thermique, nous pensons que les mitalldides (I) FragilisPs du groupe actif B (IV, V, VI), dont la configuration ilectronique est ns'p*, forment une couche, de liaison essentiellement covalente, le long des joints de grains. Nous supposons que la fragilisation est due: (I) aux orbitales p directionnelles des liaisons metalliques rigides; (2) a la rupture de liaisons 4s metal-metal dans des couches metalliques (&f) voisines. produite par la formation dun fort appariement tlectronique 1(3p)-,M(4s); (3) a l'attraction mutuelle I-I, qui reduit la force des liaisons M-I. Notre modtle repose sur i'equivaience-demontree expirimentalement-entre les reactions chimiques aux surfaces libres et aux interfaces des materiau massif. Nous obtenons ainsi des t&hats 8 partir de calculs theoriques quantitatifs sur les liaisons de valence dans le cas de la chimisorption du soufre sur une surface libre modtle Ni(IOO), comme on le fait dans les travaux theoriques sur la catalyse. Nous discutons quantitativement un modtle de joint de grains a 53 degrts. pour demontrer les analogies de structure. Zusammenfassung-Es wird ein neues Model1 des Korngrenzbruches fur intergranulare Bruchmoden entwickelt. Es wird angenommen, daB die verspriidenden Gruppe-B (IV, V, VI) Metalloide (I). die eine Elektronenkonfi~ration ns'p" aufweisen, nach der W~rmebehandlung eine Schicht mit iiberwiegend kovalentem B~ndungscharakter entiang den Korngrenzen bilden. Es werden folgende Ursachen f% die Versprodung vorgeschlagen: (I) richtungsabhtigige p-Orbitale der starren Metalloidbindungen; (2) Aufbrechen der (4s)-Bindungen von Metal& Metallatom in benachbarten Metall (iv) schichten. welchrs durch die Ausbildung starker I(3pt1M(4s) Elektronenpaarungen verursacht wird: (3) gegenseitige I-I Anziehung. welches zu einer Absenkung der Stlrke der M-I Bindung ftihrt. Das Model1 basiert auf der experimentell nachgewiesenen Gleichheit von chemischen Reaktionen an freien und inneren ObertlLhen. Ergebnisse werden daher aus quantitativen Berechnungen mit Hilfe dsr Valenzbindungstheorie der Schwefel-Chemiso~tion auf einer freien Ni(l~) Modelloberfl~che. entwickeit in theoretischen Arbeiten iiber Katalyse, herausgezogen. Urn die strukturelle Ahnlichkeit zu demonstrieren, wird eine zweidimensionale 53" Modellkorngrenze quantitativ diskutiert.


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