低温脆性宏观认知与试验基础

低温脆性宏观认知与试验基础

低温脆性与各行业有着千丝万缕的联系，在这里围绕低温脆性宏观认知与试验基础，我们一起来关注相关知识点。

什么叫断裂韧性？它与应力场强度因子有何联系与区别？）

断裂韧性指材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量，也是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。当KI和KIC分别代表材料使用时的应力和材料本身的特性。断裂韧度KIC是应力强度因子KI的临界值。

1. 试说明低温脆性的物理本质及其影响因素？

当试验温度低于某一温度“tk”时，材料由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机制由微孔聚集型变为穿晶解理断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。 影响因素：

内在因素：晶体结构：体心立方金属及其合金存在低温脆性，而面心立方金属一般不存在。 化学成分：间隙溶质元素增加，FTP下降，韧脆转变温度提高。置换型溶质元素对韧性影响不明显。

显微组织：细化晶粒材料的韧性增加；金相组织：1）低强度钢中，强度相等而组织不同时，其冲击吸收功和韧脆转变温度不同。如经高温回火后，回火索氏体最好（马氏体），贝氏体差之，片状珠光体最差。球化处理可以提高钢的韧性。2）较高强度水平的钢中，较低等温温度得到的贝氏体，其冲击吸收功和韧脆转变温度优于同强度的淬火并回火组织。3）在相同强度水平下，典型上贝氏体的韧脆转变温度高于下贝氏体。低碳钢低温上贝氏体的韧性高于回火马氏体。4)在低碳钢中，经不完全等温处理获得的贝氏体和马氏体混合组织，其韧性好于单一马氏体或单一贝氏体。5）马氏体钢中存在有残余奥氏体，将显著改善钢的韧性。

6）钢中的夹杂物、碳化物等第二相质点对钢的脆性有重要影响。

外在因素：

（一）温度：蓝脆温度下，材料的强度增加塑性、韧性下降。拉伸蓝脆温度230～370℃。冲击为525～550℃。

（二）加载速率：提高加载速率材料脆性增大，韧脆转变温度提高。一般，中、低碳钢对加载速率较敏感，而高强度钢、或超高强度钢较差。

（三）试样尺寸形状：不改变缺口尺寸而增加试样宽度（或厚度），tk升高，若试样各部分尺寸按比例增加，tk也升高，缺口的尖锐度增加tk亦升高。

3.为何讲冲击韧性无物理意义，有实际意义？主要有哪些用途？

冲击韧性：材料在冲击载荷的作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。数学平均值，实际上缺口截面上的应力应变分布是极不均匀的，塑性变形和试样所吸收的功主要集中在缺口附近，取平均值无物理意义。但是冲击韧性对材料的内部组织变化十分敏感，而且冲击弯曲试验方法简单易行，因此被广泛应用。

主要用途：

1.反映原材料的冶金质量和热加工后产品质量。

2.根据Ak－温度曲线，测定材料的韧脆转变温度。以评定材料的低温脆性倾向。用于抗脆断设计。并为机件服役条件设定温度范围。

低温脆性宏观认知与试验基础

低温脆性与各行业有着千丝万缕的联系，在这里围绕低温脆性宏观认知与试验基础，我们一起来关注相关知识点。

什么叫断裂韧性？它与应力场强度因子有何联系与区别？）

断裂韧性指材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量，也是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。当KI和KIC分别代表材料使用时的应力和材料本身的特性。断裂韧度KIC是应力强度因子KI的临界值。

冲击韧性的实际意义？主要有哪些用途？

冲击韧性：材料在冲击载荷的作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。数学平均值，实际上缺口截面上的应力应变分布是极不均匀的，塑性变形和试样所吸收的功主要集中在缺口附近，取平均值无物理意义。但是冲击韧性对材料的内部组织变化十分敏感，而且冲击弯曲试验方法简单易行，因此被广泛应用。

主要用途：

1.反映原材料的冶金质量和热加工后产品质量。

2.根据Ak－温度曲线，测定材料的韧脆转变温度。以评定材料的低温脆性倾向。用于抗脆断设计。并为机件服役条件设定温度范围。

3.对于σs相同的材料，评定材料对大能量冲击破坏的缺口敏感性。

5．细化晶粒尺寸可以降低脆性转变温度或者说改善材料低温脆性，为什么？ 原因：细化晶粒之后，晶界面积增加，而晶界是裂纹扩展的阻力；晶界前塞积的位错数减少，有利于降低应力集中；晶界总面积增加，使晶界上杂质浓度下降，避免产生沿晶脆性断裂。

9．为什么通常体心立方金属显示低温脆性，而面心立方金属一般没有低温脆性? 材料的低温脆性和金属中的位错运动阻力σi有关，而σi又和位错的宽度有关。体心立方金属位错宽度较窄，原子的位移较大，故温度σi对影响较大。因此，对低温脆性影响较大。而面心立方金属，位错宽度较宽，对σi影响较小，反映不敏感，故低温脆性倾向不明显。

1. 试说明低温脆性的物理本质及其影响因素？

当试验温度低于某一温度“tk”时，材料由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机制由微孔聚集型变为穿晶解理断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。

影响因素：

内在因素：晶体结构：体心立方金属及其合金存在低温脆性，而面心立方金属一般不存在。 化学成分：间隙溶质元素增加，FTP下降，韧脆转变温度提高。置换型溶质元素对韧性影响不明显。

显微组织：细化晶粒材料的韧性增加；金相组织：1）低强度钢中，强度相等而组织不同时，其冲击吸收功和韧脆转变温度不同。如经高温回火后，回火索氏体最好（马氏体），贝氏体差之，片状珠光体最差。球化处理可以提高钢的韧性。2）较高强度水平的钢中，较低等温温度得到的贝氏体，其冲击吸收功和韧脆转变温度优于同强度的淬火并回火组织。3）在相同强度水平下，典型上贝氏体的韧脆转变温度高于下贝氏体。低碳钢低温上贝氏体的韧性高于回火马氏体。4)在低碳钢中，经不完全等温处理获得的贝氏体和马氏体混合组织，其韧性好于单一马氏体或单一贝氏体。5）马氏体钢中存在有残余奥氏体，将显著改善钢的韧性。

2. 钢中的夹杂物、碳化物等第二相质点对钢的脆性有重要影响。

外在因素：

（一）温度：蓝脆温度下，材料的强度增加塑性、韧性下降。拉伸蓝脆温度230～370℃。冲击为525～550℃。

（二）加载速率：提高加载速率材料脆性增大，韧脆转变温度提高。一般，中、低碳钢对加载速率较敏感，而高强度钢、或超高强度钢较差。

（三）试样尺寸形状：不改变缺口尺寸而增加试样宽度（或厚度），tk升高，若试样各部分尺寸按比例增加，tk也升高，缺口的尖锐度增加tk亦升高。

3.对于σs相同的材料，评定材料对大能量冲击破坏的缺口敏感性。

5．细化晶粒尺寸可以降低脆性转变温度或者说改善材料低温脆性，为什么？ 原因：细化晶粒之后，晶界面积增加，而晶界是裂纹扩展的阻力；晶界前塞积的位错数减少，有利于降低应力集中；晶界总面积增加，使晶界上杂质浓度下降，避免产生沿晶脆性断裂。

9．为什么通常体心立方金属显示低温脆性，而面心立方金属一般没有低温脆性? 材料的低温脆性和金属中的位错