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金屬材料在低溫下呈現(xiàn)的冷脆性 -金屬板材展-線材展-金屬加工展-2016第十七屆廣州國(guó)際金屬板材、棒材、線材及金屬加工、配套設(shè)備展—全球三大金屬展之一巨浪展覽-THE 17th GUANGZHOU INTERNATIONALPLATEMETAL, BAR, WIRE, METAL PROCESSING & SETTING EQUIPMENT EXHIBITION
2015年11月16日 金屬板材展-線材展-金屬加工展-plate metal expo-wire expo |
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隨著溫度的降低，大多數(shù)鋼材的強(qiáng)度有所增加，而韌性下降。金屬材料在低溫下呈現(xiàn)的脆性稱為冷脆性。材料由延性破壞轉(zhuǎn)變到脆性破壞的上限溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。為防止發(fā)生低溫脆性破壞，鋼材的最低允許工作溫度就應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度的上限。
值得一提的是，具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)的奧氏體不會(huì)發(fā)生低溫脆性，因?yàn)闇囟冉档蜁r(shí)奧氏體會(huì)向鐵素體轉(zhuǎn)化，進(jìn)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(huì)發(fā)生低溫脆性。
鋼材中磷含量的增加會(huì)顯著增加鋼材的冷脆性。
高錳鋼材料的冷脆性很嚴(yán)重，在冬季，特別東北地區(qū)，因?yàn)楦咤i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(xiàn)的沖擊值明顯降低的現(xiàn)象。大多是含磷元素高引起，象當(dāng)年泰坦尼克號(hào)沉船事件，后來(lái)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(shí)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(guī)律，是無(wú)法徹底消除的，但可以降低，一般說(shuō)來(lái)，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(tài)下由韌性轉(zhuǎn)化為脆性進(jìn)而發(fā)生破壞的現(xiàn)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(duì)低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度的影響。可以從兩個(gè)方面來(lái)解釋：宏觀上材料的斷裂強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度與溫度有關(guān)系，對(duì)稱度低的金屬這個(gè)特點(diǎn)就更明顯，一般是材料的斷裂強(qiáng)度隨溫度的降低而減小，屈服強(qiáng)度會(huì)增加。這兩個(gè)函數(shù)在脆韌轉(zhuǎn)變溫度處相交，在這個(gè)溫度以下材料的屈服強(qiáng)度比斷裂強(qiáng)度大，因此材料在受力時(shí)還未發(fā)生屈服便斷裂了，材料顯示脆性。
從微觀機(jī)制來(lái)看低溫脆性與位錯(cuò)在晶體點(diǎn)陣中運(yùn)動(dòng)的阻力有關(guān)，阻力增大，則材料屈服強(qiáng)度也相應(yīng)增加，因?yàn)椴牧显谒苄宰冃螘r(shí)主要依靠位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成的。對(duì)對(duì)稱性低的金屬，合金而言，溫度降低位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)陣阻力增加，原子熱激活能力下降。因此材料屈服強(qiáng)度增加。
影響材料脆韌轉(zhuǎn)變的因素有：
1.晶體結(jié)構(gòu)，對(duì)稱性低的體心立方以及密排六方金屬，合金轉(zhuǎn)變溫度高，材料脆性斷裂趨勢(shì)明顯，塑性差；
2.化學(xué)成分，能夠使材料硬度，強(qiáng)度提高的雜質(zhì)或者合金元素都會(huì)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(gè)方面的影響：晶粒大小，細(xì)化晶粒可以同時(shí)提高材料的強(qiáng)度和塑性，韌性。細(xì)化晶粒提高材料韌性原因?yàn)?細(xì)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(kuò)張，因塑性變形引起的位錯(cuò)的塞積因晶界面積很大也不會(huì)很大，可以防止裂紋的產(chǎn)生；
4.溫度的影響：溫度影響晶體中存在的雜質(zhì)原子的熱激活擴(kuò)散過(guò)程，定扎位錯(cuò)原子氣團(tuán)的形成會(huì)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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