简介
材料的冲击吸收功随温度降低而降低,当试验温度低于Tk(韧脆临界转变温度)时,冲击吸收功明显下降,材料由韧性状态变为脆性状态,这种现象称为低温脆性。
2概述
低温脆性断裂包括穿晶脆断和沿晶界的晶间脆断两种断裂方式。穿晶脆断主要是解理断裂。常见的低温脆性断裂大多数是沿解理面的穿晶断裂;而晶间脆断通常在应力腐蚀或发生回火脆性的情况下出现。
温度是影响
金属材料和工程结构断裂方式的重要因素之一。许多断裂事故发生在低温。这是由于温度对工程上广泛使用的低中强度结构钢和
铸铁的性能影响很大,随着温度的降低,钢的屈服强度增加韧度降低。体心立方金属存在脆性转变温度是其脆性特点之一。随着温度降低,在某一温度范围内,缺口冲击试样的断裂形式由韧性断裂转变为脆性断裂,这种断裂形式的转变,通常用一个特定的转变温度来表示,该转变温度在一定意义上表征了材料抵抗低温脆性断裂的能力。这种随温度降低材料由韧性向脆性转变的现象称做低温脆性或冷脆。
.并不是所有的金属材料都具有低温脆性。
只有以体心立方金属为基的冷脆金属才具有明显的低温脆性,如中低强度钢和锌等。而面心立方金属,如铝等,没有明显的低温脆性。
3金属低温脆性的原理
金属的低温脆性是由于金属的屈服强度随温度降低而升高造成的。.
屈服强度бs与断裂强度бc相交,交点对应的温度为脆性转变温度Tk。当T<Tk时,бs>
бc,随着应力的增加,材料在发生塑性变形之前就发生断裂,属于脆性断裂;当T>Tk时,бc>бs,随着应力的增加,材料先发生塑性变形,然后断裂,属于塑性断裂。金属材料在Tk发生脆性转变。
金属材料脆性转变的本质是其塑性变形能力对温度变化的反映。在可用滑移系统足够多、阻碍滑移的因素不因温度变化而加剧的情况下,材料将保持足够的变形能力而不表现出脆性断裂,面心立方金属属于这种情况。但是体心立方金属,如铁、铬、钨及其
合金,在常温下变形能力尚好,但在低温条件下,间隙杂质原子与位错和晶界相互作用的强度增加,阻碍位错运动、封锁滑移的作用加剧,使得对变形的适应能力减弱。.
4评定原则
低温脆性通常用脆性转变温度评定。脆性转变温度的工程意义在于高于该温度下服役,构件不会发生脆性断裂。很明显转变温度愈低,钢的韧度愈大。脆性转变温度用夏比系列冲击试验得到的转变温度曲线确定。使用转变温度曲线进行工程设计时,关键是根据该曲线确定一个合理的脆性转变温度。不同的工程领域采用不同的方法来确定韧脆转变温度。这些方法有能量准则、断口形貌准则和经验准则。
5高分子材料的低温脆性
高分子材料也具有低温脆性。
比如电影加勒比海盗3中,部分船员在进入寒冷低温区之后出现器官被冻掉的情况,就是因为身体的器官在低温下发生了脆性转变,受到冲击力时无法通过塑性变形吸收进行吸收,直接发生脆性断裂。