第2讲 低温脆性、影响韧脆转变温度的冶金因素
《工程材料力学性能》考试复习题
名词解释名词解释1，循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力应力状态软性系数材料最大切应力与最大正应力的比值，记为α。
：2，缺口效应：缺口材料在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生的变化。
3，缺口敏感度：金属材料的缺口敏感性指标，用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值表示。
抗拉强度的比值表示。
4，冲击吸收功：冲击弯曲试验中试样变形和断裂所消耗的功5，过载损伤界：抗疲劳过载损伤的能力用过载损伤界表示。
6，应力腐蚀：材料或零件在应力和腐蚀环境的共同作用下引起的破坏7，氢蚀：，氢蚀： 由于氢与金属中的第二相作用生成高压气体，使基体金属晶界结合力减弱而导 8，金属脆化。
氢蚀断裂的宏观断口形貌呈氧化色，颗粒状。
微观断口上晶界明显加宽，呈沿晶断裂。
断裂。
9，磨损：机件表面相互接触并产生相对运动，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐损失、造成表面损伤的现象。
1010，耐磨性：机件表面相互接触并产生相对运动，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，，耐磨性：机件表面相互接触并产生相对运动，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐损失、造成表面损伤的现象。
论述论述1，影响屈服强度的因素：，影响屈服强度的因素：①内因：①内因：a a 金属本性及晶格类型b 晶粒大小和亚结构c 溶质元素d 第二相第二相②外因：②外因：a a 温度b 应变速率c 应力状态应力状态2，影响韧脆转变的因素：，影响韧脆转变的因素：①冶金因素：①冶金因素：a a 晶体结构，体心立方金属及其合金存在低温脆性。
b 化学成分化学成分,1,1,1）间隙溶质元素↑→韧脆转变温度↑）间隙溶质元素↑→韧脆转变温度↑2置换型溶质元素一般也能提高韧脆转变温度，但Ni 和一定量Mn 例外。
3杂质元素S 、P 、As As、、Sn Sn、、Sb 等使钢的韧性下降等使钢的韧性下降c 晶粒大小，细化晶粒提高韧性的原因有：晶界是裂纹扩展的阻力；晶界前塞积的位错数减少，有利于降低应力集中；晶界总面积增加，使晶界上杂质浓度减少，避免产生沿晶脆性断裂。
材料力学性能 9
（一）名词解释：第一章：滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。
穿晶断裂：裂纹穿过晶界。
从宏观看，穿晶断裂可以是韧性断裂或脆性断裂；两者有时可混合发生。
沿晶断裂：裂纹沿晶扩展。
从宏观看，沿晶断裂多数是脆性。
韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象。
第二章应力状态软性系数：材料最大切应力与最大正应力的比值，记为α。
α越大τmax越大，应力状态越软，金属易变性，韧性断裂；反之α越小σmax越大，应力状态越硬，不易变形，脆性断裂。
缺口敏感度：金属材料的缺口敏感性指标，用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值表示。
第三章冲击韧度：材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。
低温脆性：体心立方晶体金属及其合金或某些密派六方晶体金属及其合金在试验温度低于某一温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态的现象。
韧脆转变温度：材料呈现低温脆性的临界转变温度。
第四章低应力脆断：当机件（包括构件）存在宏观裂纹时，在应力水平不高，甚至低于材料屈服极限的情况下所发生的突然断裂现象称为低应力脆断。
应力场强度因子K I：对于给定材料，裂纹尖端附近确定点P(r，θ)，KI决定了裂纹尖端应力场的大小或强弱程度；即：表示I型裂纹的应力场强弱程度。
有效裂纹长度：有塑性区存在时，引入有效裂纹长度：a*=a+r y；即把塑性区松弛弹性应力场的作用等效地看成是裂纹长度增加r y的松弛弹性应力场的作用。
裂纹扩展K判据：应力场强度因子K I≥K Ic(只适用于弹性状态下的断裂分析)。
第六章：应力腐蚀：金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆性断裂现象——应力腐蚀断裂（SCC）。
第七章：接触疲劳：接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时，工件表面在交变接触压应力长期作用后所引起的一种局部区域发生小片(块)状剥落的表面疲劳损伤现象，称接触疲劳(表面疲劳磨损、疲劳磨损)第八章：蠕变：金属在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象，称为蠕变。
韧脆转变温度
韧脆转变温度韧脆转变温度是指物质在加热或冷却过程中从韧性状态转变为脆性状态的温度。
这个概念在材料科学中非常重要，因为它可以帮助我们了解材料的性质和行为，并且在制造和设计材料时提供重要的信息。
本文将探讨韧脆转变温度的基本概念、影响因素和应用。
一、基本概念韧脆转变温度是指在加热或冷却过程中，材料从韧性状态转变为脆性状态的温度。
这个温度通常被称为转变温度或临界温度。
在韧性状态下，材料可以承受较大的应力和变形，而在脆性状态下，材料会发生断裂和破坏。
因此，韧脆转变温度是材料在不同温度下表现出的韧性和脆性之间的过渡点。
这个概念对于理解材料的性质和行为，以及在材料制造和设计中的应用非常重要。
二、影响因素韧脆转变温度受到多种因素的影响，其中最重要的因素是材料的化学成分、晶体结构和温度。
不同的化学成分、晶体结构和温度会导致不同的韧脆转变温度。
例如，金属的韧脆转变温度通常比非金属低，因为金属具有更紧密的晶体结构和更高的熔点。
此外，材料的缺陷和处理方式也会影响韧脆转变温度。
例如，材料中的裂纹和气孔会降低韧脆转变温度，而热处理和冷却过程可以改变材料的晶体结构和缺陷，从而影响韧脆转变温度。
三、应用韧脆转变温度在材料科学中有广泛的应用。
首先，韧脆转变温度可以用来评估材料的耐用性和安全性。
例如，在航空航天工业中，韧脆转变温度可以用来评估航空发动机材料的可靠性和安全性。
其次，韧脆转变温度可以用来指导材料的设计和制造。
例如，在汽车工业中，韧脆转变温度可以用来指导汽车发动机的设计和材料的选择。
此外，韧脆转变温度还可以用来研究材料的性质和行为。
例如，在材料科学中，研究韧脆转变温度可以帮助我们了解材料的强度、塑性和断裂机制。
总之，韧脆转变温度是材料科学中非常重要的概念。
它可以帮助我们了解材料的性质和行为，并且在制造和设计材料时提供重要的信息。
通过深入研究韧脆转变温度，我们可以更好地理解材料在不同温度下的行为和性能，为材料科学和工程提供更好的基础。
韧脆转变温度的调控方法-概述说明以及解释
韧脆转变温度的调控方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述韧脆转变温度的调控方法是一项关键的研究领域，对于材料工程和材料科学领域来说具有重要意义。
通过调控材料的韧脆转变温度，我们可以改变材料的性能和应用范围，从而满足不同领域的需求。
韧性和脆性是材料的两种基本力学性质。
在低温下，大多数材料表现出韧性，即能够吸收较大的变形能量而不破裂。
而当温度升高时，部分材料会出现韧脆转变现象，即由韧性转变为脆性。
这一现象使得材料在高温环境下容易发生失效和破坏，限制了其应用范围。
因此，如何有效调控材料的韧脆转变温度成为了研究的热点之一。
通过确定和改变影响韧脆转变的因素，我们可以找到适合特定应用需求的材料和工艺。
本文将重点介绍影响韧脆转变温度的主要因素，并探讨如何通过不同的调控方法来改变韧脆转变温度。
我们将综述目前已有的研究成果，包括材料配方设计、微结构控制、热处理技术等方面的方法，并对其进行分析和比较。
最后，我们将总结目前已有的研究成果，并展望未来的研究方向。
我们希望通过本文的详细介绍和分析，可以为相关领域的科研人员提供一定的参考和指导，推动韧脆转变温度调控方法的进一步研究和应用。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要围绕韧脆转变温度的调控方法展开讨论，以下是文章各部分的内容概述：引言部分将对本文的主题进行概述，并介绍韧脆转变温度的意义和影响因素，为后续内容的阐述做铺垫。
正文部分将分为三个小节，分别探讨韧脆转变温度的意义、影响因素以及调控方法。
在“2.1 韧脆转变温度的意义”中，我们将阐述韧脆转变温度在材料科学领域的重要性，包括其对材料性能和应用的影响。
同时，我们还将介绍韧脆转变温度与材料微结构之间的关系，以及相关研究的现状和挑战。
“2.2 韧脆转变温度的影响因素”部分将对影响韧脆转变温度的因素进行详细探讨。
我们将介绍物质的成分、晶体结构、晶界、缺陷和杂质等因素对韧脆转变温度的影响机制，分析这些因素的作用机理和相互关系。
低冷脆转变温度
低冷脆转变温度一、低冷脆转变温度的定义低冷脆转变温度是指材料在低温下变得脆性的临界温度。
在低于该温度时，材料的韧性和抗冲击性大幅下降，容易发生断裂和破坏。
低冷脆转变温度是材料力学性能中的一个重要参数，对于一些应用于低温环境的材料尤为关键。
二、低冷脆转变温度的影响因素2.1 材料成分材料的成分是影响低冷脆转变温度的主要因素之一。
通常来说，含碳量较高的钢材具有较低的低冷脆转变温度。
这是因为碳元素可以形成碳化物，增加了材料的强度和韧性，提高了其抗冲击性能。
2.2 冷却速率冷却速率也是影响低冷脆转变温度的重要因素。
较快的冷却速率可以提高材料的韧性和抗冲击性能，降低低冷脆转变温度。
这是因为快速冷却可以抑制晶粒的生长和形成，减少了晶界的强化效应，提高了材料的塑性。
2.3 加工工艺加工工艺也会对低冷脆转变温度产生影响。
一些热处理工艺，如淬火和回火，可以改善材料的力学性能，降低低冷脆转变温度。
这是因为热处理可以调整材料的组织结构，消除内部应力，提高材料的韧性。
2.4 环境条件环境条件也会对低冷脆转变温度产生影响。
在低温环境中，材料的韧性和抗冲击性能会降低，低冷脆转变温度会相应降低。
因此，在低温环境中使用材料时，需要考虑其低冷脆转变温度以确保其性能。
三、低冷脆转变温度的测试方法3.1 断裂韧性测试断裂韧性测试是评估材料低冷脆转变温度的一种常用方法。
常用的测试方法有冲击试验和拉伸试验。
冲击试验通过对材料施加冲击载荷来评估其抗冲击性能，从而间接推测出低冷脆转变温度。
拉伸试验则通过测量材料在低温下的应变-应力曲线来评估其断裂韧性。
3.2 金相显微镜观察金相显微镜观察是一种直接观察材料组织结构的方法。
通过对材料进行金相制样和腐蚀处理，可以清晰地观察到晶粒的形态、尺寸和分布情况。
在低温下观察材料的金相组织，可以判断材料是否存在低冷脆转变温度。
四、低冷脆转变温度的应用4.1 钢铁行业在钢铁行业中，低冷脆转变温度是一个关键参数。
第2讲 低温脆性、影响韧脆转变温度的冶金因素
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
“泰坦尼克”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
ZG230-450铸钢金相组织(1)—铸态组织
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高温正火+高温淬火
对不合格的连杆螺钉进行高 温正火+高温淬火热处理后， 连杆螺钉的冲击韧度值得到 显著提高。其力学性能见表 6
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
实验二 低碳钢韧脆转化温度
T8钢（1#）及纯铁（2#）,成分（wt%）如表所示：
Steel No.
C
Si
Mn
P
S
Fe
1
0.32
0.30
0.80
0.025
0.037
Bal.
2
0.0014
0.03
0.05
0.012
0.087
Bal.
试样外型尺寸：10mm*10mm*55mm。缺口部位为U型槽。
实验仪器：
冲击试样机：JB-30B，最大吸收功300/150J.
53
20
20
7
-1
Ak/J
>208
70(T)
>244
>262
16(T)
8
134
断口脆性区面积%
0%
71%
0%
0%
99%
99%
25%
温Ak/J
56
68
8(T)
9
断口脆性区面积%
91%
61%
99%
78%
本人测得数据：
温度/oC
-38
Ak/J
17
断口脆性区面积%
74%
断口形貌见右图手绘：
[分析与讨论]
影响试验材料韧脆转变温度的因素有材料结构与性质，而对一定的材料来说，影响他们的因素有：
1．力学状态
2．温度
3．应变速率
本次试验的纯铁试样的结构属于BCC结构，因此在一定温度内表现为韧性，而在另外的温度内表现为脆性，所有存在一定的韧脆转变区间，而T8钢由于碳含量高，因此为脆断，不存在韧脆转变区间。
力学状态的影响：受力过程中，应力状态软性系数 ，破坏前产生明显塑性变形，产生韧性断裂。而 时，应力状态变硬，变为脆性断裂。
脆性转变温度的影响因素
脆性转变温度和其影响因素（一）第一类回火脆性1. 第一类回火脆性的主要特征及影响因素在200〜350C之间回火时出现的第一类回火脆性又称低温回火脆性。
如在出现第一类回火脆性后再加热到更高温度回火，可以将脆性消除，使冲击韧性重新升高。
此时若再在200〜350C温度范围内回火将不再会产生这种脆性。
由此可见，第一类回火脆性是不可逆的，故又可称之为不可逆回火脆性。
几乎所有的钢均存在第一类回火脆性。
如含碳不同的Cr-Mn钢回火后的冲击韧性均在350C出现一低谷。
第一类回火脆性不仅降低室温冲击韧性，而且还使冷脆转变温度50% FATTe［钢料的冲击韧性随测试温度的下降而出现显著下降时所对应的温度，即使钢料由韧性状态转变为脆性状态的温度称为冷脆转变温度，用50％FATTf C）表示，详见金属力学性能］升高，断裂韧性KIe下降。
如Fe-0.28 C-0.6 4Mn-4.82Mo 钢经225C回火后KIe为117.4MN/m 而经300C回火后由于出现了第一类回火脆性，使KIe降至73.5MN/m出现第一类回火脆性时大多为沿晶断裂，但也有少数为穿晶解理断裂。
影响笫一类回火脆性的因素主要是化学成分。
可以将钢中元素按其作用分为三类。
1）有害杂质元素，其中包括S、P、As、Sn Sb Cu N、H、O等。
钢中存在这些元素时均将导致出现第一类回火脆性。
不含这些杂质元素的高纯钢没有或能减轻第一类回火脆。
2）促进第一类回火脆性的元素。
属于这一类的合金元素有M n、Si 、cr、Ni、V 等。
这一类合金元素的存在能促进第一类回火脆性的发展。
有的元素单独存在时影响不大，如Ni。
但当Ni与Si同时存在时则也能促进第一类回火脆性的发展。
部分合金元素还能将笫一类回火脆性推向较高的温度，如Cr 与Si。
3）减弱第一类回火脆性的元素。
属于这一类的合金元素有Mo、W、Ti 、A l 等。
钢中含有这一类合金元素时第一类回火脆性将被减弱。
在这几种合金元素中以Mo的效果最显著。
取向硅钢韧脆转变温度及影响因素
取向硅钢韧脆转变温度及影响因素
1 取向硅钢的韧脆转变温度
取向硅钢，又称为取向电工钢，是电力、电子和军工等行业的重要基础材料。
取向硅钢的韧脆转变温度是指取向硅钢在一定应力作用下，由韧性状态转变为脆性状态的临界温度。
这个临界温度并非是一个确定的数值，而是在一定的温度范围内，其数值一般在-20℃至150℃之间，具体数值会受制造工艺和材料成分等因素的影响。
2 取向硅钢韧脆转变温度的影响因素
取向硅钢的韧脆转变温度受到多个因素的影响，其中主要包括以下几个方面：##2.1 材料成分
取向硅钢的材料成分对其韧脆转变温度有着直接的影响。
主要是因为含有不同元素和成分的取向硅钢，其析出相的种类和数量会有所不同，这将会影响到硅钢的韧脆转变温度。
##2.2 制造工艺
取向硅钢的制造工艺，包括热处理工艺、冷却速率、变形处理等，都会对取向硅钢的韧脆转变温度产生影响。
在整个制造过程中，控制好每个环节的工艺参数，能够有效地优化取向硅钢的韧脆转变温度。
##2.3 淬火温度
淬火温度对于取向硅钢的韧脆转变温度影响也是比较显著的。
一般来说，淬火温度越高，取向硅钢的韧脆转变温度越低。
3 结论
了解并控制好取向硅钢的韧脆转变温度，可以为其广泛应用于各行业提供重要的理论和实践指导。
通过改进材料成分和优化制造工艺等，可以有效地降低取向硅
钢的韧脆转变温度，提高其使用效率和寿命，减少因为过高或过低的韧脆转变温度带来的安全风险。
低温用低合金钢的低温脆性及其影响因素分析
低温用低合金钢的低温脆性及其影响因素分析低温下，低合金钢往往表现出一定的脆性，这种现象被称为低温脆性。
低温脆性会对低温环境下的结构材料的性能和可靠性造成重要影响。
本文将对低温用低合金钢的低温脆性及其影响因素进行分析。
低温脆性一般指材料在低温下发生脆断的倾向。
当材料处于低温环境中时，塑性变形能力和韧性往往会降低，导致材料易于发生断裂。
低温脆性的主要表现是材料的韧性和延展性下降，断裂强度增加。
这种现象在低合金钢中尤为显著。
低温脆性的影响因素有多种，下面将对重要的因素进行分析。
1. 成分和微观结构低合金钢的成分和微观结构是影响低温脆性的重要因素。
一般来说，铁碳合金的碳含量越高，低温脆性越严重。
此外，合金元素的添加也会对低温脆性产生影响。
例如，含有大量锰的钢在低温下具有较好的韧性，而含有过量硫和磷的钢则易于产生低温脆性。
微观结构上，低温脆性与材料的晶体结构、晶粒尺寸和晶界质量有着密切的关系。
2. 冶炼和热处理工艺冶炼和热处理工艺对低温脆性也有重要影响。
例如，冷变形会增加材料的脆性。
过高的冷变形量和过快的冷却速度都会增加低温脆性的程度。
此外，热处理条件的选择也会影响低温脆性。
通常，合适的热处理可以改善材料的韧性，并减轻低温脆性的程度。
3. 制造工艺和应力状态制造工艺和应力状态对低温脆性的影响也不可忽视。
例如，焊接过程中的热输入和冷却过程会对低温脆性产生显著影响。
焊接热输入过高和快速冷却会导致材料在焊接区域产生较大的残余应力和组织结构变化，从而增加低温脆性的程度。
4. 工作温度和试验速率工作温度和试验速率也是影响低温脆性的重要因素。
低温下的材料在受力时易于发生断裂。
同时，试验速率的增加会导致材料的韧性降低，使低温脆性更为明显。
综上所述，低温脆性是低温用低合金钢常见的现象，对结构材料的可靠性和使用性能造成重要影响。
成分和微观结构、冶炼和热处理工艺、制造工艺和应力状态、以及工作温度和试验速率都是影响低温脆性的重要因素。
低温脆性的物理本质及其影响因素
低温脆性的物理本质及其影响因素低温脆性是一种材料在低温下易发生断裂的现象。
其物理本质为在材料的结构内部存在位错，而在低温下这些位错因为热振动减小而难以移动，从而导致了材料的脆性增加。
以下将详细介绍低温脆性的物理本质及其影响因素。
低温脆性的物理本质主要涉及两个方面：位错运动受限和结晶界运动受限。
位错是材料中晶体缺陷的一种形式，它是晶格中原子排列的错误或失序。
位错在材料中的运动是材料变形和塑性的基础，但在低温下，由于热振动的减小，位错的移动变得困难。
位错运动受限是低温脆性的主要原因之一、在低温下，位错与其他位错和晶体缺陷之间发生相互作用，使其不容易移动和滑移。
这增加了材料的断裂风险，因为位错无法通过晶体滑移运动来吸收应力，从而导致断裂。
结晶界运动受限也是低温脆性的重要原因之一、结晶界是晶体中不同晶粒的边界，它们可以通过移动和滑动来吸收和释放内部应力。
但在低温下，结晶界也受到热振动减小的影响，其移动变得困难。
这导致了晶体之间无法有效地释放应力，增加了材料的脆性。
除了位错运动受限和结晶界运动受限外，还有一些其他因素也会影响低温脆性。
其中一个重要因素是材料的结构。
一些晶体结构具有较多的晶体缺陷，如空位、间隙和夹杂等，这些缺陷会导致位错的生成和移动受到限制，从而增加了材料的脆性。
同样，晶体结构中的奇异性也会影响材料的脆性，因为这些奇异性会导致位错的集中和运动受限。
另一个影响因素是材料中的杂质和合金元素。
添加杂质或合金元素可以改变材料的晶体结构和缺陷，从而影响位错的生成和运动。
一些杂质或合金元素可以增加材料的塑性，降低低温脆性，而其他一些杂质或合金元素则会增加材料的脆性。
温度也是低温脆性的重要影响因素。
随着温度的降低，材料中原子的热运动减小，位错和结晶界的运动受到限制，从而使材料更加脆性。
一般来说，当材料的温度接近其熔点时，低温脆性现象最为显著。
综上所述，低温脆性的物理本质在于位错运动受限和结晶界运动受限。
影响因素包括材料的结构、杂质和合金元素以及温度。
低合金钢棒材的脆性转变温度研究
低合金钢棒材的脆性转变温度研究脆性转变温度是材料力学性能的重要指标之一，特别是对于低合金钢棒材这种常用的结构材料来说。
本文将探讨低合金钢棒材的脆性转变温度以及影响其脆性转变温度的因素。
首先，什么是脆性转变温度？脆性转变温度是指材料由韧性向脆性转变的温度。
当温度低于脆性转变温度时，材料倾向于发生脆性破坏；当温度高于脆性转变温度时，材料表现出较好的韧性，能够吸收一定的塑性形变。
低合金钢棒材的脆性转变温度受到多种因素的影响。
下面将讨论两个主要的影响因素：合金元素和冷处理。
首先是合金元素的影响。
低合金钢中常添加一些合金元素，如硅、锰、铬等，以提高钢材的机械性能和耐腐蚀性能。
这些合金元素的添加对于低合金钢棒材的脆性转变温度也有一定的影响。
例如，硅的添加可以提高钢材的硬度和强度，降低脆性转变温度；而锰的添加可以增加钢材的韧性和塑性，提高脆性转变温度。
因此，在低合金钢的制备过程中，需要根据具体的使用要求和工艺条件合理选择合金元素的添加量和种类，以达到预期的脆性转变温度。
其次是冷处理的影响。
冷处理是指通过急冷或淬火等方式，使材料的晶粒尺寸细化，获得更高的硬度和强度。
然而，冷处理也会对低合金钢棒材的脆性转变温度产生影响。
通常情况下，经过冷处理的材料会有较高的脆性转变温度，因为晶格缺陷和应力集中会导致材料在低温下易于断裂。
因此，在低合金钢棒材的冷处理过程中，需要合理控制冷处理的温度和时间，以平衡材料的硬度和韧性，从而实现较低的脆性转变温度。
除了上述因素外，低合金钢棒材的脆性转变温度还受到其他因素的影响，如残余应力、热处理工艺和制造工艺等。
这些因素的综合作用会影响钢材的力学性能和脆性转变温度。
因此，在实际应用中，需要综合考虑这些因素，在合适的工艺条件下制备出符合要求的低合金钢棒材。
最后，我们来讨论低合金钢棒材脆性转变温度研究的意义和应用。
了解低合金钢棒材的脆性转变温度对于设计和选择结构材料至关重要。
根据脆性转变温度的测试结果，可以确定材料是否适用于低温环境，以及在冷却或急冻过程中是否会出现脆性断裂等问题。
低温脆性——精选推荐
低温脆性中、低合⾦结构钢的低温脆性及选材低温脆性指温度低于某⼀温度时,材料由韧性状态变为脆性状态,冲击值明显下降的现象。
⼯程上常⽤的中、低强度结构钢经常发⽣此类现象。
我国东北许多矿⼭上⽤的进⼝⼤型机械，在冬季就有低温脆性引起的⼤梁、车架等断裂现象，另外，⽇本汽车在东北冬季也出现过车架低温脆断问题。
1935年⽐利时在Albert运河上建造了⼤约50座焊接⼤桥，这些桥梁在以后⼏年中不断发⽣脆性断裂事故：38年3⽉Albert 河上Hasseld桥全长74.5⽶在⽓温-20℃时发⽣脆性断裂，整个桥断成三段坠⼊河中；以后⼜陆续发⽣断裂事故，到1950年就有6座在低温下发⽣脆断。
在⼆战期间，美国焊接的轮船在使⽤中发⽣⼤量的破坏断裂事故，其中238艘完全报废，19艘沉没。
值得注意的是，⼤部分脆断是在⽓温较低的情况下发⽣的。
当时美国船舶技术标准中没有对船舶⽤钢的低温脆性和缺⼝敏感性提出要求。
⼈们没有认识到此问题的重要性。
这些是我们在设计、制造⾼原车需要注意的问题。
1．低温脆性产⽣的原因：⾦属材料在不同温度、应⼒状态、加载速度和环境的作⽤下，断裂形式各不相同。
在⼯程实际使⽤的钢材中，脆性断裂的微裂纹形成机理是个⾮常复杂的问题，⽬前许多⽂献发表了这⽅⾯的研究成果，主要认为：1.1.钢中的第⼆相颗粒(夹杂物、碳化物)对钢的脆性裂纹形成影响很⼤。
脆性微裂纹可以有碳化物本⾝破碎开始，也可起源于硫化锰夹杂物处。
另外，第⼆相颗粒的⼤⼩对裂纹成核也有⼀定的影响，⼩的颗粒不易引起裂纹的产⽣。
1.2.低温脆性可起源于晶界。
晶界裂纹形成除了晶界上碳化物影响之外，微量有害元素偏析于晶界引起晶界脆化也是个重要因素，磷、硫、锑等元素及溶解的氧、氢、氮等⽓体在晶界偏析，⼤幅度降低了晶界脆性断裂抗⼒，提⾼了脆性转变温度。
1.3.应⼒及位错理论：主要观点认为⾦属中脆性断裂可起源于：⾦属晶格中的滑移⾯阻塞处、机械孪晶的交叉处、应⼒集中处以及前述的晶界处等。
管线钢管韧脆转变温度影响因素分析
管线钢管韧脆转变温度影响因素分析吴金辉;李磊;王高峰;冯慧;赵晗君;杨溪;郭涛;李富强【摘要】研究了不同温度下螺旋埋弧焊管母材横向取样和纵向取样落锤撕裂试验(DWTT)韧脆转变温度(FATT)的变化情况,分析了材料晶粒度、化学成分、应变速度、显微组织和缺陷等因素对韧脆转变温度的影响.结果表明:细化晶粒,提高管线钢的纯净度,控制DWTT锤击速度,控制管线钢中各种组织成分的比例,减少材料内部尖锐缺陷等均有利于提高管线钢的韧性.【期刊名称】《焊管》【年(卷),期】2011(034)001【总页数】4页(P48-50,53)【关键词】管线钢;DWTT;韧性;韧脆转变温度【作者】吴金辉;李磊;王高峰;冯慧;赵晗君;杨溪;郭涛;李富强【作者单位】中国石油集团石油管工程技术研究院,西安,710065;中国石油集团石油管工程技术研究院,西安,710065;中国石油集团石油管工程技术研究院,西安,710065;中国石油集团石油管工程技术研究院,西安,710065;中国石油集团石油管工程技术研究院,西安,710065;中国石油集团石油管工程技术研究院,西安,710065;中国石油集团石油管工程技术研究院,西安,710065;中国石油集团石油管工程技术研究院,西安,710065【正文语种】中文【中图分类】工业技术【文献来源】https:///academic-journal-cn_welded-pipe-tube_thesis/0201217287943.html·48·焊管·第 34 卷第 1 期· 201 1 年 l 月．经验叉琉管线钢管韧脆转变温度影晌因素分析吴金辉，李赵晗君，杨磊，王高峰，冯慧溪，郭涛，李富强（中国石油集团石油管工程技术研究院，西安 710065 )摘要：研究了不同温度下螺旋埋弧焊管母材横向取样和纵向取样落锤撕裂试验（ DWTI ）韧脆转变温度（ FATT ）的变化情况，分析了材料晶粒皮、化学成分、应变速度、显微组织和缺陷等因素对韧脆转变温度的影响。
韧脆转变温度名词解释
韧脆转变温度1. 引言在作料理时，我们常常需要调整食材的烹饪温度来达到理想的口感和风味。
而在食材加热过程中，韧脆转变温度是一个重要的参数。
本文将详细介绍韧脆转变温度的定义、影响因素以及在烹饪过程中的应用。
2. 定义韧脆转变温度是指在物质加热或冷却过程中，物质由韧性向脆性转变的温度。
在该温度之前，物质通常具有较高的韧性，即具有一定的延展性和弹性；而在该温度之后，物质则表现出较高的脆性，即容易发生破裂和碎裂。
3. 影响因素韧脆转变温度受到多种因素的影响，包括物质的组成、结构以及加热速率等。
3.1 物质的组成和结构不同的物质由于其化学成分和内部结构的差异，其韧脆转变温度也会有所不同。
一般来说，水分含量高的食材（如蔬菜）在加热时更容易发生韧脆转变，因为水分的存在可以增加物质的韧性。
而含有较多脂肪或糖分的食材（如巧克力）则更容易保持脆性，因为它们的结构更容易在加热过程中发生破碎。
3.2 加热速率加热速率是指物质在单位时间内的温度变化量。
如果加热速率较快，物质的韧脆转变温度可能会降低。
这是因为在快速加热的情况下，物质内部的结构没有足够的时间进行调整，从而导致较低的韧脆转变温度。
4. 应用韧脆转变温度在烹饪过程中有着重要的应用价值。
4.1 食材选择了解食材的韧脆转变温度有助于我们在烹饪时做出更合理的选择。
例如，对于希望保持韧性的食材，我们可以选择适当的加热温度和时间，以便在不降低食材的口感和质地的同时，使其熟透。
而对于希望使食材具有脆性的情况，我们则可以选择较高的温度来促使韧脆转变。
4.2 烹饪方法烹饪方法也可以通过调整加热温度来实现不同的韧脆转变效果。
例如，烤箱是一种常用的烹饪设备，它可以以相对较低的温度均匀加热食材，从而使其保持韧性。
而煎炒等高温快炒的方法则可以通过较高的温度迅速使食材表面韧脆转变，达到煸炒的效果。
4.3 烹饪时间控制在烹饪过程中，控制加热时间也是影响韧脆转变的重要因素。
通常情况下，加热时间越长，食材的韧脆转变温度就越低。
冷脆转变温度
冷脆转变温度1. 引言冷脆转变温度是指某些材料在低温下变得脆性，并且在一定温度范围内经历了由塑性到脆性的相变过程。
这种相变会对材料的力学性能和工程应用产生重要影响。
了解冷脆转变温度对于材料选择、制造和使用非常关键。
本文将介绍冷脆转变温度的概念，探讨其影响因素以及对材料性能的影响，并介绍一些常用的测试方法和预防措施。
2. 冷脆转变温度的概念冷脆转变温度是指某些金属材料在低温下由塑性向脆性相变时所需达到的最低温度。
在这个温度以下，材料会失去塑性，呈现出明显的脆性断裂特征。
而在高于该温度时，材料仍然具有良好的塑性。
3. 影响因素3.1 化学成分化学成分是影响冷脆转变温度的重要因素之一。
通常来说，含有大量碳、硫、磷等元素的金属材料更容易发生冷脆转变。
这些元素会使晶界变得脆弱，导致材料在低温下易于断裂。
3.2 结晶结构材料的结晶结构也对冷脆转变温度有一定影响。
例如，在体心立方结构中，晶界容易发生断裂，因此体心立方结构的金属材料通常具有较低的冷脆转变温度。
而面心立方结构和密排六方结构的金属材料则相对较高。
3.3 缺陷和应力缺陷和应力是导致冷脆转变的主要原因之一。
当材料存在内部缺陷或应力集中时，在低温下这些缺陷和应力将更容易导致断裂。
4. 冷脆转变对材料性能的影响冷脆转变会显著影响材料的力学性能和工程应用。
4.1 强度和韧性在低温下，材料失去塑性后，其强度会明显增加，但韧性却急剧下降。
这意味着材料在冷脆转变温度以下容易发生断裂，而且断裂形式通常是脆性断裂。
4.2 压力容器和管道冷脆转变对于压力容器和管道的安全性有重要影响。
在低温下，如果材料发生冷脆转变，容器或管道可能会因为突然的断裂而引发事故。
因此，在设计和使用压力容器和管道时，需要考虑冷脆转变温度以及采取相应的防护措施。
5. 测试方法为了确定材料的冷脆转变温度，常用的测试方法包括：•Charpy V型缺口冲击试验：通过测量材料在低温下受到冲击时的断裂能量来评估其韧性。
冷脆转变温度
冷脆转变温度（原创版）目录1.引言2.冷脆转变温度的定义3.冷脆转变温度的影响因素4.冷脆转变温度的实际应用5.结论正文【引言】冷脆转变温度，是指材料在低温下，由韧性状态转变为脆性状态的温度。
这一现象广泛存在于各类金属和合金中，对材料的性能和使用寿命产生重要影响。
本文将对冷脆转变温度的定义、影响因素以及实际应用进行详细探讨。
【冷脆转变温度的定义】冷脆转变温度，通常指的是金属或合金在低温下，由于其组织结构发生改变，导致材料韧性降低，出现脆性断裂的现象。
这种现象通常发生在金属或合金被冷加工后，由于加工过程中的应力导致材料内部结构发生变化，进而影响其性能。
【冷脆转变温度的影响因素】冷脆转变温度受多种因素影响，主要包括以下几点：1.材料的化学成分：不同的金属或合金，其冷脆转变温度受化学成分的影响不同。
一般来说，合金元素的加入会降低材料的冷脆转变温度。
2.材料的加工方式：冷加工过程中产生的应力会影响材料的冷脆转变温度。
例如，冷轧、冷拔等过程中产生的应力会导致材料冷脆转变温度的上升。
3.环境因素：如温度、湿度等也会对冷脆转变温度产生影响。
在低温环境下，材料更容易出现冷脆现象。
【冷脆转变温度的实际应用】冷脆转变温度在实际应用中具有重要意义。
在金属和合金的选材、加工和使用过程中，需要根据材料的冷脆转变温度来制定合适的工艺参数，以保证产品的性能和使用寿命。
例如，在汽车、航空航天等领域，对材料的冷脆转变温度要求较高，以确保在极端环境下材料的性能稳定。
【结论】冷脆转变温度是影响金属和合金性能的关键因素，对材料的选材、加工和使用具有重要意义。
对于结构钢的低温冷脆及断裂机理概述
对于结构钢的低温冷脆及断裂机理概述导读:晶粒细化有助于提高材料抗低温脆断的能力。
脆性断裂机理,结构钢的低温冷脆及断裂机理概述。
关键词:冷脆转变,脆性断裂机理,低温脆断 1.前言钢的低温脆性断裂是钢结构最危险的破坏形式之一,原因是断裂瞬间发生,断裂时无明显的塑性变形,而且构件破坏时其承载能力很低。
实际工程中钢结构,如压力容器、船舶、桥梁等,由于低温脆性造成的脆断事故时有发生,造成巨大损失[1]。
2.低温冷脆特点及其影响因素当温度降低到某一程度时,金属材料的冲击吸收能量明显下降并引起脆性破坏的现象称为冷脆。
金属的低温脆断具有以下特点[2]:(1)断裂时所承受的工作应力低。
(2)脆性断裂时,裂纹的扩展速度极快,且脆断之前无任何预兆。
(3)材料脆断温度通常接近材料的韧脆转变温度。
,脆性断裂机理。
(4)脆断常起源于构件自身存在缺陷处。
(5)脆性断裂的宏观断口平齐,断面收缩率小,外观上无明显的宏观变形特征。
影响金属冷脆的主要因素有以下几个方面。
(1)晶粒度当晶粒尺寸大于冷机晶粒尺寸时,结构会产生脆性断裂。
因此,晶粒细化有助于提高材料抗低温脆断的能力。
(2)晶粒结构体心立方晶格金属及其合金或某些密排六方晶格金属及其合金,特别是工程上常用的中、低强度结构钢有明显的冷脆现象,而面心立方金属及其合金一般没有低温脆性现象。
,脆性断裂机理。
(3)形变速率提高形变速率使材料脆性增大韧脆转变温度升高。
一般中、低强度钢的韧脆转变温度对形变速率比较敏感,而高强度钢、超高强度钢则较小。
(4)板厚板厚的增加,脆性转变温度提高[3]。
(5)钢的化学成分及组织当C<0.25%热轧碳钢冲击脆性转变温度TC的经验方程[4]:(1)式中Nf为固溶的自由氮量(%);P为珠光体的百分比;Si为硅的重量百分比;d为晶粒尺寸(mm)。
3.低温脆性断裂的过程及机理钢具有强度高、塑性和韧性好等特点,这些特点保证了钢结构具有较好的工作可靠性。
但是在低温的条件下,钢的塑性和韧性降低,提高了钢结构发生脆断的可能性。
低温脆性
评定原则
评定原则
低温脆性通常用脆性转变温度评定。脆性转变温度的工程意义在于高于该温度下服役，构件不会发生脆性断 裂。很明显转变温度愈低，钢的韧度愈大。脆性转变温度用夏比系列冲击试验得到的转变温度曲线确定。使用转 变温度曲线进行工程设计时，关键是根据该曲线确定一个合理的脆性转变温度。不同的工程领域采用不同的方法 来确定韧脆转变温度。这些方法有能量准则、断口形貌准则和经验准则。
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并不是所有的金属材料都具有低温脆性。只有以体心立方金属为基的冷脆金属才具有明显的低温脆性，如中 低强度钢和锌等。而面心立方金属，如铝等，没有明显的低温脆性。
影响因素
影响因素
材料脆性倾向的本质是其塑性变形能力对低温和高加载速率适应性的反映。在可用滑移系统足够多、阻碍滑 移的因素不因条件而加剧的情况下，材料将保持足够的变形能力而不表现出脆性断裂，面心立方金属属于这种情 况。但是体心立方金属，如铁、铬、钨及其合金，在温度较高时，变形能力尚好，但在低温条件下，间隙杂质原 子与位错和晶界相互作用的强度增加，阻碍位错运动，封锁滑移的作用加剧，使得对变形的适应能力减弱，即表 现出加载速率的敏感性。因此，低温脆性不仅取决于晶格类型,还受材料的成分、组织等因素的影响。
预防
预防
我们在设计、制造及加工在寒冷地区使用的设备的时候，选择抗低温脆性较好的材料。除了化学成分检查外, 还应增加对塑性、冲击韧性、金相组织、夹杂物的检查。
用热处理方法，可改善钢的金相组织、减少气体含量、消除焊接残余应力，提高塑性及冲击韧性，降低脆性 转化温度。
重视焊接工艺及质量控制:由于低温脆性主要出现于焊接结构,而焊接过程会出现脆化倾向：焊接接头区冶金 组织变化引起韧性降低、焊接热循环过程中塑性应变引起热应力脆化；另外，焊接缺陷是难以避免的；所以,焊接 处及热影响区的综合性能往往低于母材，焊接结构脆性大部分起源于焊接熔合线、焊缝及热影响区。为此，应选 择合适的焊接工艺及焊材，加强现场质量检验，减少焊接缺陷，降低焊接对低温脆性的影响。
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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）。
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
“泰坦尼克”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
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）。
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。
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
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。
ZG230-450铸钢金相组织(1)—铸态组织
ZG230-450铸钢金相组织(1)—铸态组织
ZG230-450铸钢金相组织(1)—铸态组织
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（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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