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64 低温脆性机理 产生低温脆性的机理： 宏观上，体心立方金属及其合金、某些密排六方金属及其合 金，及许多珠光体－铁素体两相钢，这类材料的屈服强 度对温度和应变速率的变化十分敏感。温度降低，屈服 强度升高，当屈服强度高于断裂强度时，产生脆性断裂。 具有面心立方结构的金属材料如如Cu、Al等的屈服强度随 温度的降低不发生明显的升高，屈服强度总是高于断裂 强度，所以冷脆倾向不明显。 微观上，体心立方晶体中的位错阻力随温度降低而增加， 故该类材料发生低温脆性，面心立方金属因位错宽度比 较大，位错阻力对温度变化不敏感，故一般不显示低温 脆性。 韧脆转变 材料的冲击韧性随温度 下降而下降。在某一温 度范围内冲击韧性值急 剧下降的现象称韧脆转 变。发生韧脆转变的温 度范围称韧脆转变温度。 材料的使用温度应高于 韧脆转变温度。 韧 体心立方金属具有韧脆转变温度， 而大多数面心立方金属没有。 65 66 韧脆转变温度判据 67 影响低温脆性因素 影响材料低温脆性的因素 1、晶体结构：体心立方金属及其合金存在低温脆性，面心 立方金属及其合金一般不存在低温脆性。 2、化学成分：间隙溶质元素含量增加，韧脆转化温度升 高，如含碳量增加，钢的韧脆转化温度升高；杂质元素 含量增加，容易偏聚在晶界附近，脆性倾向增加。 3、显微组织：脆性增大的顺序：珠光体（索氏体 径d －屈氏体－珠光体）－下贝氏体－上贝氏体－回火马氏 体；晶粒大小对韧脆转化温度的影响很大，韧脆转化温 度与晶粒直径d-1/2成线性关系。随晶粒减小，韧脆转化 温度减小。 4、外因－温度、加载速率、缺口几何是致脆因素，不是影 响了材料的低温脆性而是影响了实验的值，在相同条件 下进行比较可以不考虑这些因素。 68 第四章 材料的断裂韧度（性） 材料性能学 69 韧度 韧度是强度和塑性的综合指标。反映了材料的韧性性能。 最佳的静力韧度是即充分发挥了材料的强度潜力又具有适当 的安全储备。对有些零件象链条，拉杆，吊钩等在服役过程 中可能承受偶然过载，静力韧度是很重要的评价材料韧性的 性能指标。 表示材料韧度的性能指标共有三个：冲击韧度（第三章 本章）、断裂韧度（第四章）、静力韧度（第一章）分别用 来评价材料在冲击载荷、有裂纹的情况下静载荷、静拉伸载 荷条件下材料的韧度。 韧性是材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 70 1. 韧性断裂与脆性断裂—断裂前有无塑变 韧性断裂定义——断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑变的断 裂过程。 韧性断裂特点——断裂过程较慢，消耗大量的塑性变形能。 断口的特征——暗灰色（纤维状断口对光的反射能力很弱）、 纤维状（众多细微裂纹不断扩展和相互连接造成）。 脆性断裂定义——断裂前及断裂过程中基本上不产生明显 宏观塑变的断裂过程。 脆性断裂特点——没有明显预兆，突然发生是快速断裂过 程，具有很大的危险性。 断口的特征——断口一般与正应力垂直，宏观上比较齐平 光亮，常呈放射状或结晶状。 容易发生韧性断裂的材料——塑性较好的金属材料和高分子材料。 容易发生脆性断裂的材料——淬火钢、灰铸铁、陶瓷、玻璃。 71 穿晶断裂定义——断裂过程中裂纹穿过晶粒内部断裂过程。 穿晶断裂特点——可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。 断口的特征——穿晶断裂的微观机理有多种，所以断口的特 征也很复杂，除了典型的韧窝和解理花样外还有多种混合断口 如准解理，疲劳断口等。 沿晶断裂定义——断裂过程中裂纹沿晶界扩展的断裂过程。 沿晶断裂特点——多数为脆性断裂。 断口的特征——一般呈结晶状。 容易发生沿晶断裂的材料－晶界上存在断续或连续脆性第二 相薄层的合金、高温下晶界结合力较弱的金属、共价键陶瓷等。 容易发生穿晶断裂的材料－大部分塑性较好的金属材料和离 子键结合的陶瓷材料。 2.穿晶断裂与沿晶断裂-- 裂纹扩展途径分 72 3.剪切断裂与解理断裂—- 微观机理 剪切断裂的微观解理主要包括剪切断裂的微孔聚集断裂 和解理断裂。 微孔聚集型断裂——是韧性断裂的普遍方式。 断裂过程包括微孔的形核（第二相碎裂与基体界面脱离）、 长大（大量位错进入微孔）、聚合（相邻微孔连接部分内缩 颈的断裂形成微裂纹）直至断裂（微裂纹在尖端应力集中作 用下与主裂纹连通）。 断口的特征——宏观上常呈暗灰色、 纤维状，微观上 则为大量的韧窝。韧窝大 小取决与第二相的大小及间距， 一般来说间距小，韧窝也小。韧窝的深度取决与材料的塑性 好坏，一般来说，塑性好，韧窝较深。 73 3.剪切断裂与解理断裂—- 微观机理 解理断裂定义——在正应力的作用下，由于原子间结合键 的破坏引起的沿