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          金屬材料在低溫下呈現的冷脆性

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          金屬材料在低溫下呈現的冷脆性

          發布日期:2017-09-26 作者:admin 點擊:

          隨著溫度的降低,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為冷脆性。材料由延性破壞轉變到脆性破壞的上限溫度稱為韌脆轉變溫度。為防止發生低溫脆性破壞,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發生低溫脆性,因為溫度降低時奧氏體會向鐵素體轉化,進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發生低溫脆性。


            鋼材中磷含量的增加會顯著增加鋼材的冷脆性。


            高錳鋼材料的冷脆性很嚴重,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,是無法徹底消除的,但可以降低,一般說來,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下由韌性轉化為脆性進而發生破壞的現象。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。可以從兩個方面來解釋:宏觀上材料的斷裂強度與屈服強度與溫度有關系,對稱度低的金屬這個特點就更明顯,一般是材料的斷裂強度隨溫度的降低而減小,屈服強度會增加。這兩個函數在脆韌轉變溫度處相交,在這個溫度以下材料的屈服強度比斷裂強度大,因此材料在受力時還未發生屈服便斷裂了,材料顯示脆性。


            從微觀機制來看低溫脆性與位錯在晶體點陣中運動的阻力有關,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主要依靠位錯運動來完成的。對對稱性低的金屬,合金而言,溫度降低位錯運動的點陣阻力增加,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.化學成分,能夠使材料硬度,強度提高的雜質或者合金元素都會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方面的影響:晶粒大小,細化晶粒可以同時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,細化晶粒可以使基體變形更加均勻,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很大,可以防止裂紋的產生;


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


            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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