低温脆性宏观认知与试验基础

2017年08月01日
低温脆性宏观认知与试验基础

低温脆性与各行业有着千丝万缕的联系,在这里围绕低温脆性宏观认知与试验基础,我们一起来关注相关知识点。

什么叫断裂韧性?它与应力场强度因子有何联系与区别?)

断裂韧性指材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量,也是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。当KI和KIC分别代表材料使用时的应力和材料本身的特性。断裂韧度KIC是应力强度因子KI的临界值。

1. 试说明低温脆性的物理本质及其影响因素?

当试验温度低于某一温度“tk”时,材料由韧性状态变为脆性状态,冲击吸收功明显下降,断裂机制由微孔聚集型变为穿晶解理断口特征由纤维状变为结晶状,这就是低温脆性。 影响因素:

内在因素:晶体结构:体心立方金属及其合金存在低温脆性,而面心立方金属一般不存在。 化学成分:间隙溶质元素增加,FTP下降,韧脆转变温度提高。置换型溶质元素对韧性影响不明显。

显微组织:细化晶粒材料的韧性增加;金相组织:1)低强度钢中,强度相等而组织不同时,其冲击吸收功和韧脆转变温度不同。如经高温回火后,回火索氏体最好(马氏体),贝氏体差之,片状珠光体最差。球化处理可以提高钢的韧性。2)较高强度水平的钢中,较低等温温度得到的贝氏体,其冲击吸收功和韧脆转变温度优于同强度的淬火并回火组织。3)在相同强度水平下,典型上贝氏体的韧脆转变温度高于下贝氏体。低碳钢低温上贝氏体的韧性高于回火马氏体。4)在低碳钢中,经不完全等温处理获得的贝氏体和马氏体混合组织,其韧性好于单一马氏体或单一贝氏体。5)马氏体钢中存在有残余奥氏体,将显著改善钢的韧性。

6)钢中的夹杂物、碳化物等第二相质点对钢的脆性有重要影响。

外在因素:

(一)温度:蓝脆温度下,材料的强度增加塑性、韧性下降。拉伸蓝脆温度230~370℃。冲击为525~550℃。

(二)加载速率:提高加载速率材料脆性增大,韧脆转变温度提高。一般,中、低碳钢对加载速率较敏感,而高强度钢、或超高强度钢较差。

(三)试样尺寸形状:不改变缺口尺寸而增加试样宽度(或厚度),tk升高,若试样各部分尺寸按比例增加,tk也升高,缺口的尖锐度增加tk亦升高。

3.为何讲冲击韧性无物理意义,有实际意义?主要有哪些用途?

冲击韧性:材料在冲击载荷的作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。数学平均值,实际上缺口截面上的应力应变分布是极不均匀的,塑性变形和试样所吸收的功主要集中在缺口附近,取平均值无物理意义。但是冲击韧性对材料的内部组织变化十分敏感,而且冲击弯曲试验方法简单易行,因此被广泛应用。

主要用途:

1.反映原材料的冶金质量和热加工后产品质量。

2.根据Ak-温度曲线,测定材料的韧脆转变温度。以评定材料的低温脆性倾向。用于抗脆断设计。并为机件服役条件设定温度范围。

低温脆性宏观认知与试验基础

低温脆性与各行业有着千丝万缕的联系,在这里围绕低温脆性宏观认知与试验基础,我们一起来关注相关知识点。

什么叫断裂韧性?它与应力场强度因子有何联系与区别?)

断裂韧性指材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量,也是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。当KI和KIC分别代表材料使用时的应力和材料本身的特性。断裂韧度KIC是应力强度因子KI的临界值。

 

冲击韧性的实际意义?主要有哪些用途?

冲击韧性:材料在冲击载荷的作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。数学平均值,实际上缺口截面上的应力应变分布是极不均匀的,塑性变形和试样所吸收的功主要集中在缺口附近,取平均值无物理意义。但是冲击韧性对材料的内部组织变化十分敏感,而且冲击弯曲试验方法简单易行,因此被广泛应用。

主要用途:

1.反映原材料的冶金质量和热加工后产品质量。

2.根据Ak-温度曲线,测定材料的韧脆转变温度。以评定材料的低温脆性倾向。用于抗脆断设计。并为机件服役条件设定温度范围。

3.对于σs相同的材料,评定材料对大能量冲击破坏的缺口敏感性。

5.细化晶粒尺寸可以降低脆性转变温度或者说改善材料低温脆性,为什么? 原因:细化晶粒之后,晶界面积增加,而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,使晶界上杂质浓度下降,避免产生沿晶脆性断裂。

9.为什么通常体心立方金属显示低温脆性,而面心立方金属一般没有低温脆性? 材料的低温脆性和金属中的位错运动阻力σi有关,而σi又和位错的宽度有关。体心立方金属位错宽度较窄,原子的位移较大,故温度σi对影响较大。因此,对低温脆性影响较大。而面心立方金属,位错宽度较宽,对σi影响较小,反映不敏感,故低温脆性倾向不明显。


1. 试说明低温脆性的物理本质及其影响因素?

当试验温度低于某一温度“tk”时,材料由韧性状态变为脆性状态,冲击吸收功明显下降,断裂机制由微孔聚集型变为穿晶解理断口特征由纤维状变为结晶状,这就是低温脆性。

 

影响因素:

内在因素:晶体结构:体心立方金属及其合金存在低温脆性,而面心立方金属一般不存在。 化学成分:间隙溶质元素增加,FTP下降,韧脆转变温度提高。置换型溶质元素对韧性影响不明显。

显微组织:细化晶粒材料的韧性增加;金相组织:1)低强度钢中,强度相等而组织不同时,其冲击吸收功和韧脆转变温度不同。如经高温回火后,回火索氏体最好(马氏体),贝氏体差之,片状珠光体最差。球化处理可以提高钢的韧性。2)较高强度水平的钢中,较低等温温度得到的贝氏体,其冲击吸收功和韧脆转变温度优于同强度的淬火并回火组织。3)在相同强度水平下,典型上贝氏体的韧脆转变温度高于下贝氏体。低碳钢低温上贝氏体的韧性高于回火马氏体。4)在低碳钢中,经不完全等温处理获得的贝氏体和马氏体混合组织,其韧性好于单一马氏体或单一贝氏体。5)马氏体钢中存在有残余奥氏体,将显著改善钢的韧性。

2. 钢中的夹杂物、碳化物等第二相质点对钢的脆性有重要影响。

外在因素:

(一)温度:蓝脆温度下,材料的强度增加塑性、韧性下降。拉伸蓝脆温度230~370℃。冲击为525~550℃。

(二)加载速率:提高加载速率材料脆性增大,韧脆转变温度提高。一般,中、低碳钢对加载速率较敏感,而高强度钢、或超高强度钢较差。

(三)试样尺寸形状:不改变缺口尺寸而增加试样宽度(或厚度),tk升高,若试样各部分尺寸按比例增加,tk也升高,缺口的尖锐度增加tk亦升高。


3.对于σs相同的材料,评定材料对大能量冲击破坏的缺口敏感性。

5.细化晶粒尺寸可以降低脆性转变温度或者说改善材料低温脆性,为什么? 原因:细化晶粒之后,晶界面积增加,而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,使晶界上杂质浓度下降,避免产生沿晶脆性断裂。

9.为什么通常体心立方金属显示低温脆性,而面心立方金属一般没有低温脆性? 材料的低温脆性和金属中的位错
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