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          金屬材料在低溫下呈現的冷脆性

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          隨著(zhù)溫度的降低,大多數鋼材的強度有所增加,而韌性下降。金屬材料在低溫下呈現的脆性稱(chēng)為冷脆性。材料由延性破壞轉變到脆性破壞的上限溫度稱(chēng)為韌脆轉變溫度。為防止發(fā)生低溫脆性破壞,鋼材的最低允許工作溫度就應高于韌脆轉變溫度的上限。

          值得一提的是,具有面心立方晶格結構的奧氏體不會(huì )發(fā)生低溫脆性,因為溫度降低時(shí)奧氏體會(huì )向鐵素體轉化,進(jìn)而生成鐵素體和滲碳體分層分布而成的珠光體,而體心立方晶格的鐵素體會(huì )發(fā)生低溫脆性。

          鋼材中磷含量的增加會(huì )顯著(zhù)增加鋼材的冷脆性。

          高錳鋼材料的冷脆性很?chē)乐?,在冬季,特別東北地區,因為高錳鋼的 冷脆性的存在,高錳鋼系列的襯板、錘頭等零件更易斷裂。

          冷脆性金屬材料在低溫下呈現的沖擊值明顯降低的現象。大多是含磷元素高引起,象當年泰坦尼克號沉船事件,后來(lái)有人分析是制船鋼板冷脆性引起的。 另外碳也能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性,使鐵的可塑性和抗沖擊性降低。

          鋼的低溫冷脆是自然規律,是無(wú)法徹底消除的,但可以降低,一般說(shuō)來(lái),降低鋼中的磷含量是降低鋼的冷脆性的有效方法。

          低溫冷脆性是指鋼在低溫狀態(tài)下由韌性轉化為脆性進(jìn)而發(fā)生破壞的現象。影響低溫脆性的因素很多,它不僅取決于晶格類(lèi)型,還受材料的成分、組織等因素的影響.分別討論材料成分、晶粒尺寸、顯微組織對低溫脆性轉變溫度的影響??梢詮膬蓚€(gè)方面來(lái)解釋?zhuān)汉暧^(guān)上材料的斷裂強度與屈服強度與溫度有關(guān)系,對稱(chēng)度低的金屬這個(gè)特點(diǎn)就更明顯,一般是材料的斷裂強度隨溫度的降低而減小,屈服強度會(huì )增加。這兩個(gè)函數在脆韌轉變溫度處相交,在這個(gè)溫度以下材料的屈服強度比斷裂強度大,因此材料在受力時(shí)還未發(fā)生屈服便斷裂了,材料顯示脆性。

          從微觀(guān)機制來(lái)看低溫脆性與位錯在晶體點(diǎn)陣中運動(dòng)的阻力有關(guān),阻力增大,則材料屈服強度也相應增加,因為材料在塑性變形時(shí)主要依靠位錯運動(dòng)來(lái)完成的。對對稱(chēng)性低的金屬,合金而言,溫度降低位錯運動(dòng)的點(diǎn)陣阻力增加,原子熱激活能力下降。因此材料屈服強度增加。

          影響材料脆韌轉變的因素有:

          1.晶體結構,對稱(chēng)性低的體心立方以及密排六方金屬,合金轉變溫度高,材料脆性斷裂趨勢明顯,塑性差;

          2.化學(xué)成分,能夠使材料硬度,強度提高的雜質(zhì)或者合金元素都會(huì )引起材料塑性和韌性變差,材料脆性提高;

          3.顯微組織,顯微組織包含以下幾個(gè)方面的影響:晶粒大小,細化晶??梢酝瑫r(shí)提高材料的強度和塑性,韌性。細化晶粒提高材料韌性原因為,細化晶??梢允够w變形更加均勻,晶界增多可以有效的阻止裂紋的擴張,因塑性變形引起的位錯的塞積因晶界面積很大也不會(huì )很大,可以防止裂紋的產(chǎn)生;

          4.溫度的影響:溫度影響晶體中存在的雜質(zhì)原子的熱激活擴散過(guò)程,定扎位錯原子氣團的形成會(huì )使得材料塑性變差。

          5.加載速度的影響:提高加載速度如同降低材料的溫度,使得材料塑性變差,脆化溫度升高。

          6.試樣形狀以及尺寸的影響。

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