金屬材料分韌性斷裂和脆性斷裂。微觀上看，脆性斷裂的斷面一般是解理和沿晶特征。

沿晶斷裂，就是裂紋沿晶界擴(kuò)展形成的斷裂。發(fā)生沿晶斷裂的材料，比較脆，一般晶界已經(jīng)弱化，晶界強(qiáng)度小于晶內(nèi)強(qiáng)度，在受到外力作用時(shí)，晶界首先分離開來。圖1就是沿晶開裂的斷面圖片。

圖1

由于工藝環(huán)境等原因，會(huì)使晶界弱化。如晶界有碳化物析出、微量雜質(zhì)元素偏聚、氫原子富集、環(huán)境造成晶界腐蝕等等。弱化后的晶界，承載能力差，這就是產(chǎn)生晶界開裂的根源。

晶間腐蝕。不銹鋼零件在腐蝕環(huán)境服役時(shí)，如果容易與碳元素結(jié)合的Cr元素偏聚于晶界，就容易發(fā)生晶間腐蝕，導(dǎo)致沿晶開裂。圖2即為晶間腐蝕的斷面附近的拋光面光學(xué)圖片?？梢娋Ы缇W(wǎng)絡(luò)化腐蝕比較嚴(yán)重，已經(jīng)深入基體一定深度。

圖2

在遠(yuǎn)離晶間腐蝕的正常部位，往往可以觀察到基體晶界存在較多析出物，局部連接呈網(wǎng)絡(luò)狀，析出物形貌及能譜分析見圖3，Cr元素含量明顯高于材料的平均含量，析出物為Cr的碳化物。

圖3

有研究表明，不銹鋼晶界析出較多高鉻碳化物，局部呈網(wǎng)絡(luò)狀，會(huì)使晶界局部貧Cr。鉻碳化物均勻地分布在鋼基體上，將降低鋼材的抗腐蝕性能；若鉻碳化物在晶界析出，造成晶界附近貧鉻區(qū)，使自由鉻含量低于12%，當(dāng)構(gòu)件與電解介質(zhì)接觸時(shí)晶界被腐蝕。鉻與碳的親和力較強(qiáng)，不銹鋼在450℃～850℃范圍內(nèi)回火時(shí)容易形成與基體電極電位不同的鉻碳化物（Cr，F(xiàn)e）₂₃C₆，它們與基體間形成微電池，隨著鋼中含碳量的增加，原電池?cái)?shù)目相應(yīng)增多。在敏化溫度中，尤以650℃最為危險(xiǎn)，所以在加熱過程中，應(yīng)盡量避免敏化溫度區(qū)。可將回火溫度控制在450℃以下，在此溫度下不會(huì)產(chǎn)生（Cr，F(xiàn)e）₂₃C₆在晶界處與碳結(jié)合，就不會(huì)在晶界處形成貧鉻區(qū)，降低發(fā)生晶間腐蝕的幾率。

晶間析出物富集。晶間如果析出較多碳化物或第二相，將削弱晶間的結(jié)合力。上面講到的晶界腐蝕，其實(shí)也有晶間析出富Cr碳化物的原因，但本身那不是弱化晶界，而是因?yàn)榫Ы绺g造成晶界弱化。當(dāng)然，也有既造成晶界腐蝕，也弱化晶界的。如圖4.

網(wǎng)狀碳化物對(duì)晶界強(qiáng)度的危害很大，具有網(wǎng)碳組織的鋼材，容易發(fā)生沿晶開裂，材料變得很脆。

圖4

網(wǎng)碳在過共析鋼中容易發(fā)生。避免出現(xiàn)網(wǎng)碳的措施是，冷卻時(shí)不能太慢，因?yàn)闈B碳體在晶界生成需要較高的溫度擴(kuò)散和生長(zhǎng)，如果冷速較快，碳化物還沒有富集于晶界就已經(jīng)降低到難以擴(kuò)散的溫度范圍，從而避免了晶間碳化物的富集。

所以，使用熱處理方法來消除鋼材中已形成的網(wǎng)狀滲碳體，必須做到以下幾條：

加熱至Acm以上的溫度以獲得單相奧氏體；有足夠的保溫時(shí)間以使網(wǎng)狀碳化物完全溶入奧氏體；視工件鋼號(hào)和截面大小不同采用不同的冷卻速度快冷，直至采用水冷。

氫元素偏聚于晶界。氫元素直徑比較小，高溫時(shí)，在鋼中的溶解度較大。冷卻至室溫時(shí)，氫的溶解度急劇降低。這些來不及擴(kuò)散出來的氫原子常常會(huì)向晶界偏聚，因?yàn)榫Ы缡敲嫒毕莶课?。氫原子擴(kuò)散到晶界，就會(huì)結(jié)合成氫分子。氫分子不斷富集于晶界，就會(huì)逐漸形成強(qiáng)大的膨脹力，慢慢使晶界分離開來。

氫原子的影響是緩慢的，所以常常把氫原子造成的裂紋，成為延遲裂紋，或者叫氫致裂紋。見圖5.

圖5

氫致裂紋一般需要三個(gè)條件：有氫原子存在，有拘束應(yīng)力，組織中存在馬氏體。

避免氫致裂紋，可以從氫的來源入手。煉鋼時(shí)進(jìn)行脫氫處理，使用干燥的原材料進(jìn)行冶煉或者焊接，對(duì)構(gòu)件加熱到一定的溫度進(jìn)行脫氫處理等等。