第2讲 低温脆性、影响韧脆转变温度的冶金因素

ZG230-450铸钢金相组织(1)—铸态组织
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④ FATT50, t50(Fracture Appearance Transition Temperature)：50%解理断裂和50%塑性断裂所对应的温 度
各种定义如下图所示
含碳量对钢材韧脆转变的影响
合金成分对钢材（含碳量相同） 韧脆转变的影响
三、落锤试验
解决冲击试样尺寸小、冲击试验数据分散性大的特点， 20世纪50年代初，美国海军研究所W.S.Pellini等人提出 了对于厚钢板的NDT实验法，实验能量较大； 试样尺寸：25mmX90mmX350mm、 19mmX50mmX125mm、16mmX50mmX125mm； 试验装置：落锤式试验机（图3-8），锤头为半径为 25mm的钢制圆柱，硬度不小于50HRC，冲击能量为 340~1650J； 实验标准：GB/T6803《铁素体钢的无塑性转变温度落锤 试验方法》（美国ASTM E208，ASTM E208 Drop Weight Test for Nil-Ductility Temperature of Ferritic Steel）。
连杆螺钉 18Cr2Ni4WA 材料
连杆螺钉 18Cr2Ni4WA 材料
磷含量影响连杆螺钉 18Cr2Ni4WA 材料的低温冲击性能
影响冲击韧度的因素主要有淬透性差、金相组织不合格、第二类回火脆性， 以及杂质元素含量高形成第一类回火脆性等。18Cr2Ni4WA材料属于中合金 高强度钢，其淬透性非常好，可达100mm以上，因此不存在金相组织不合格 的问题。对于第二类回火脆性，采用回火后水冷与空冷的对比，发现冲击韧 度变化不明显，第二类回火脆性不明显。因此，杂质元素含量高就是一个重 要原因，这些杂质元素形成了第一类回火脆性，但分析其中的铅、锑、锡、 砷等四种杂质，其总量不超过0.1％，因而磷含量高也就是影响回火脆性的一 个主要原因。
三、落锤试验
NDT的确定：低强度钢防止脆性断裂的设计准则 ➢ NDT设计标准 保证结构件的工作温度高于材料本身
的NDT，构件在高应力区由于小裂纹的存在不会造 成脆性断裂的发生； ➢ NDT+33℃设计标准 适用于原子能反应堆压力容器 标准； ➢ NDT+67 ℃设计标准 适用于全塑性断裂情况下，仍 能保证最大限度的抗断能力，原子能反应堆压力容器 标准； ➢ 断裂分析图FAD（图3-9）。
落锤试验与普通冲击实验比较
落锤试验装置
落锤试验装置
第四节 影响韧脆转变温度的冶金因 素
1、晶体结构的影响
2、化学成分的影响
（1）碳含量的影响
（2）其它元素的影响
s
合金元素对韧脆转变温度的影响
一般来说，置换型溶质 元素的影响不显著，Ni 和Mn例外(低温用钢)。 杂质元素的影响显著 （韧性下降），应该尽 量降低杂质元素。
金属材料的韧脆转变
“泰坦尼克”号的沉没事故
普通铁驳船的断裂事故
“wenku.baidu.com坦尼克”号的沉没事故
冲击试验断口照片
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果
高分子材料的韧脆转变
钢的几个脆性转变温区
材料两个强度指标的变化
二、韧脆转变温度及其确定方法
从以上的分析我们可以看出，韧脆转变温度tk是温度区间， 而不是固定的某一个温度tk，这个区域的确定目前尚无简 单的判据，通常根据能量、塑性变形或断口形貌随温度的 变化定义tk ① FTP (Fracture Transition Plastic)： 得到100%纤维状断 口的温度（偏于保守），有时该测定不可能实现 ② NDT (Nil Ductility Temperature)：低阶能（低于某一个 温度，吸收冲击能不随温度变化）开始上升的温度（低于 此温度时，冲击断口为100%脆断口，解理断口）； ③ FTE (Fracture Temperature Elastic)：低阶能和高阶能 的平均值所对应的温度
连杆螺钉 18Cr2Ni4WA 材料
不同热处理对连杆螺钉 18Cr2Ni4WA 低温冲击性能的影响实验
方案A：亚温淬火工艺。通过亚温淬火将淬火温度降至760℃左右，这 样可以在一定程度上使晶粒得到细化。根据有关资料介绍，亚温淬火可获得 细小的铁素体，可在一定程度上提高冲击韧件；同时，由于晶粒的细化，晶 粒数量变多，磷的夹杂物分布晶界的密度及数量相对减少，从而有利于冲击 韧度的提高。
（3）显微组织的影响
• 晶粒大小的影响：晶粒小——韧性高——韧脆转变温度下降 • 低碳马氏体钢中马氏体板条宽度下降，韧脆转变温度下降
（4）金相组织的影响
自学
焊接线能量对冲击韧性的影响
ZG230-450铸钢金相组织(1)—铸态组织
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1、钢在低温冲击时冲击功极低的现象称之为钢的冷脆 （在0.2~0.5 kgfm/cm2） 2、冷脆多发生在体心立方和密排六方金属及合金中 3、相关实验标准： GB/T 229-1994；GB 4158-84；GB5482-93； GB6803-86；GB8363-87；GB/T 3075-91
材料的韧脆转变
第三节 低 温 脆 性
现代化企业的雄姿
一、低温脆性的本质
材料在温度低于某一个温度t或者温度区间时，冲击 吸收功明显下降的现象称之为低温脆性，材料随之表 现为脆性。这种韧性材料转变为脆性材料的现象称之 为韧脆转变，所对应的温度t或者温度区间称之为韧 脆转变温度。但是，并不是所有的材料都存在韧脆转 变现象，例如，高强度及超高强度钢（面心立方金属 及其合金）在很宽的温度范围内没有低温脆性现象 （一般在20—42K的极低温度条件下，奥氏体钢和铝 合金有冷脆现象），部分材料的冲击吸收功变化如下 图所示：