韌性－脆性轉(zhuǎn)變溫度影響金屬材料脆性轉(zhuǎn)變溫度的因素

影響金屬材料脆性轉(zhuǎn)變溫度的因素有：

（1）金屬合金元素成分的影響。在鋼中加入鎳、錳等可使脆性轉(zhuǎn)變溫度降低，隨著含碳、磷元素的增加，脆性轉(zhuǎn)變溫度明顯升高。

（2）加載速度的影響。緩慢加載可降低脆性轉(zhuǎn)變溫度，相反，會(huì)使脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。

（3）晶粒度的影響。細(xì)晶粒鋼要比粗晶粒鋼具有較高的沖擊韌性和較低的脆性轉(zhuǎn)變溫度。

（4）熱處理的影響。采用不同的熱處理方法，可以得到不同的金相組織，提高鋼材的沖擊韌性，最好的熱處理方法是進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。

（5）材料的厚度和缺陷脆性轉(zhuǎn)變溫度也有影響。 2100433B

脆性轉(zhuǎn)變溫度要通過一系列不同溫度的沖擊試驗(yàn)來測定，根據(jù)測定方法的不同，存在著不同的表示方法，主要有：

（1）能量準(zhǔn)則法：規(guī)定為沖擊吸收功（A_k）降到某一特定數(shù)值時(shí)的溫度，例如取A_kma×0.4對應(yīng)的溫度，常以T_k表示。

（2）斷口形貌準(zhǔn)則法：規(guī)定以斷口上纖維區(qū)與結(jié)晶區(qū)相對面積之比達(dá)一定數(shù)值時(shí)所對應(yīng)的溫度，例如取結(jié)晶區(qū)面積占總面積50%所對應(yīng)的溫度，以FATT表示。

（3）落錘試驗(yàn)法：規(guī)定以落錘沖斷長方形板狀試樣時(shí)斷口100%為結(jié)晶斷口時(shí)所對應(yīng)的溫度為無塑性轉(zhuǎn)變溫度，以NDT表示。

在工廠檢驗(yàn)中，韌-脆性轉(zhuǎn)變溫度一般采用標(biāo)準(zhǔn)夏比V形缺口沖擊試驗(yàn)測定，因?yàn)閂形缺口試樣對低溫脆性較為敏感。

國家試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金屬韌-脆性轉(zhuǎn)變溫度的測量的參考方法：一是沖擊吸收功-溫度曲線上下平臺(tái)間規(guī)定百分?jǐn)?shù)所對應(yīng)的溫度（ETTn）；二是脆性斷面率-溫度曲線中規(guī)定脆性斷面率（n）所對應(yīng)的溫度（FATT）；三是側(cè)膨脹值-溫度曲線上下平臺(tái)間某規(guī)定值所對應(yīng)的溫度（LETT）。根據(jù)不同溫度下的沖擊試驗(yàn)結(jié)果，以沖擊吸收功或脆性斷面率為橫坐標(biāo)，以試驗(yàn)溫度為縱坐標(biāo)繪制曲線，圖1所示。目前，韌-脆性轉(zhuǎn)變溫度應(yīng)用最多的是斷口形貌轉(zhuǎn)變溫度（FATT），其次是能量轉(zhuǎn)變溫度（ETTn）和側(cè)膨脹值轉(zhuǎn)變溫度（LETT）。

脆性轉(zhuǎn)變溫度除與表示方法有關(guān)外，還與試樣尺寸、加載方式及加載速度有關(guān)，不同材料只能在相同條件下進(jìn)行比較。在工程應(yīng)用中，為防止構(gòu)件脆斷，應(yīng)選擇脆性轉(zhuǎn)變溫度低于構(gòu)件下限工作溫度的材料。對于那些含氮、磷、砷、銻和鉍等雜質(zhì)元素較多，在長期運(yùn)行過程中有可能發(fā)生時(shí)效脆化、回火脆性等現(xiàn)象的材料，其脆性轉(zhuǎn)變溫度會(huì)隨運(yùn)行時(shí)間延長而升高。因此，脆性轉(zhuǎn)變溫度以及脆性轉(zhuǎn)變溫度的增量已成為構(gòu)件材料性能的考核指標(biāo)之一。

當(dāng)溫度降低時(shí)，材料的屈服點(diǎn)升高，材料變脆。材料在溫度降低時(shí)由韌性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔延幸粋€(gè)轉(zhuǎn)變溫度，稱為韌-脆性轉(zhuǎn)變溫度。韌-脆性轉(zhuǎn)變溫度的定義為：“在一系列不同溫度的沖擊試驗(yàn)中，沖擊試驗(yàn)吸收功急劇變化或斷口韌性急劇轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)域”。韌-脆性轉(zhuǎn)變溫度反映了溫度對金屬材料韌性或脆性的影響，對壓力容器、艦船及橋梁等在低溫條件下工作的結(jié)構(gòu)及零件的安全性十分重要，它是從韌性角度選用金屬材料的重要依據(jù)。

韌脆轉(zhuǎn)變溫度（ductile-to-brittle transition temperature），主要針對隨著溫度的變化，鋼鐵的內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而鋼鐵的韌性和脆性發(fā)生相應(yīng)的變化。在脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域以上，金屬材料處于韌性狀態(tài)，斷裂形式主要為韌性斷裂；在脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域以下，材料處于脆性狀態(tài)，斷裂形式主要為脆性斷裂（如解理）。脆性轉(zhuǎn)變溫度越低，說明鋼材的抵抗冷脆性能越高。

在低溫情況下，材料因其原子周圍的自由電子活動(dòng)能力和“粘結(jié)力”減弱而使金屬呈現(xiàn)脆性。一般情況下，對于每種材料，都有這樣一個(gè)臨界溫度，當(dāng)環(huán)境溫度低于該臨界溫度時(shí)，材料的沖擊韌性會(huì)急劇降低，這種現(xiàn)象稱為金屬材料的低溫脆性轉(zhuǎn)變，這一臨界溫度稱為材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度。為了確定材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究工作。如果把一組有缺口的金屬材料試樣，在整個(gè)溫度區(qū)間中的各個(gè)溫度下進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。

低碳鋼典型的韌-脆性轉(zhuǎn)變溫度。隨著溫度的降低，材料的沖擊值下降，同時(shí)在斷裂面上的結(jié)晶狀斷面部分增加，亦即材料的韌性降低，脆性增加。

有幾種方法

（1）沖擊值降低至正常沖擊值的50～60%

（2） 沖擊值降至某一特定的、所允許的最低沖擊值時(shí)的溫度。

（3） 以產(chǎn)生最大與最小沖擊值平均時(shí)的相應(yīng)溫度

（4） 斷口中結(jié)晶狀斷面占面積50%時(shí)的溫度

對于厚度在40mm以下的船用軟鋼板，夏比V型缺口沖擊能量為25.51J/cm2時(shí)的溫度作為該材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度。

鋼鐵材料在低溫沖擊韌性顯著降低。從大量的沖擊試驗(yàn)表明，溫度低時(shí)鋼時(shí)缺口的敏感性增大，這種現(xiàn)象稱為鋼的冷脆性。鋼的冷脆性表明在溫度變低時(shí)鋼會(huì)由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變成脆性狀態(tài)。因此要防止鋼的脆性破壞首先要掌握所使用的鋼是在什么溫度下鋼韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的，這個(gè)溫度叫做冷脆轉(zhuǎn)變溫度。冷脆轉(zhuǎn)變溫度可以通過試樣的沖擊試驗(yàn)來評定，但是因?yàn)樵u價(jià)的方法、標(biāo)準(zhǔn)不同而結(jié)論各異，往往僅能定出一個(gè)溫度轉(zhuǎn)變區(qū)間。

除低溫冷脆轉(zhuǎn)變引起的脆性破壞外，還有因焊接導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)材料脆化而引起的脆性斷裂縫如焊條或焊絲的含碳量偏高或其他合金元素的碳當(dāng)量偏高，便會(huì)引起焊接過程的淬硬傾向，使焊接接頭區(qū)域材料硬化。如果含硫、磷量偏高時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致焊縫的脆化，焊接過程本身相當(dāng)于一個(gè)冶金過程，其熱影響區(qū)相當(dāng)于經(jīng)受不同加熱與冷卻條件的熱處理區(qū)。

材料的沖擊吸收功能隨溫度的降低而降低，當(dāng)試驗(yàn)溫度低于TK時(shí)，沖擊吸收功明顯下降，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，這種現(xiàn)象稱為低溫脆性。 2100433B