脆性金屬

脆性斷裂有以下特徵

(1) 脆斷都是屬於低應力破壞,其破壞應力往往遠低於材料的屈服極限。

(2) 一般都發生在較低的溫度,通常發生脆斷時的材料的溫度均在室溫以下20℃。

(3) 脆斷髮生前,無預兆,開裂速度快,為音速的1/3。

(4) 發生脆斷的裂紋源是構件中的應力集中處。

防止脆斷的措施

(1) 選用低溫衝擊韌性好的鋼材。

(2) 儘量避免構件中應力集中

(3) 注意使用溫度。

韌-脆性轉變溫度

在低溫情況下,材料因其原子周圍的自由電子活動能力和“粘結力”減弱而使金屬呈現脆性。一般情況下,對於每種材料,都有這樣一個臨界溫度,當環境溫度低於該臨界溫度時,材料的衝擊韌性會急劇降低,這種現象稱為金屬材料的低溫脆性轉變,這一臨界溫度稱為材料的脆性轉變溫度。為了確定材料的脆性轉變溫度,進行了大量的試驗研究工作。如果把一組有缺口的金屬材料試樣,在整個溫度區間中的各個溫度下進行衝擊試驗。

低碳鋼典型的韌-脆性轉變溫度。隨著溫度的降低,材料的衝擊值下降,同時在斷裂面上的結晶狀斷面部分增加,亦即材料的韌性降低,脆性增加。

有幾種方法

(1) 衝擊值降低至正常衝擊值的50~60%

(2) 衝擊值降至某一特定的、所允許的最低衝擊值時的溫度。

(3) 以產生最大與最小衝擊值平均時的相應溫度

(4) 斷口中結晶狀斷面占面積50%時的溫度

對於厚度在40mm以下的船用軟鋼板,夏比V型缺口衝擊能量為25.51J/cm2時的溫度作為該材料的脆性轉變溫度。

金屬材料產生脆性斷裂的條件

5.5.1. 溫度

任何一種斷裂都具有兩個強度指標,屈服強度和表征裂紋失穩擴散的臨界斷裂強度。

溫度高,原子運動熱能大,位錯源釋放出位錯,移動吸收能量;溫度低反之。

5.5.2. 缺陷

5.5.2.1. 材料韌性

裂紋尖端應力大,韌性好發生屈服,產生塑性變形,限制裂紋進一步擴散。

5.5.2.2. 裂紋長度

裂紋越長,越容易發生脆性斷裂。

5.5.2.3. 缺陷尖銳程度

越尖銳,越容易發生脆性斷裂。

5.5.3. 厚度

鋼板越厚,衝擊韌性越低,韌-脆性轉變溫度越高。

原因:

(1)越厚,在厚度方向的收縮變形所受到的約束作用越大,使約束應力增加,在鋼板厚度範圍內形成平面應變狀態。

(2) 冶金效應,厚板中晶粒較粗大,內部產生的偏析較多。

5.5.4. 載入速度

低強度鋼,速度越快,韌-脆性轉變溫度降低。

金屬材料的脆化現象

分兩類:

(1) 在一定溫度條件下出現的脆性,溫度條件改變後,脆性自行消失,或者在一定溫度條件下,經一定時間後出現的脆性。

這種情況下,金屬的組織變化不明顯。有冷脆性熱脆性紅脆性回火脆性

(2)由於應力的反覆作用,介質的浸蝕以在高溫下長期工作後,金屬組織改變引起的脆化現象。這種脆性無法消除或要通過一定的特殊方法消除。如苛性脆化氫脆熱疲勞,石墨化。

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