韧性－脆性转变温度

脆性转变温度要通过一系列不同温度的冲击试验来测定，根据测定方法的不同，存在着不同的表示方法，主要有：

（1）能量准则法：规定为冲击吸收功（A_k）降到某一特定数值时的温度，例如取A_kma×0.4对应的温度，常以T_k表示。

（2）断口形貌准则法：规定以断口上纤维区与结晶区相对面积之比达一定数值时所对应的温度，例如取结晶区面积占总面积50%所对应的温度，以FATT表示。

（3）落锤试验法：规定以落锤冲断长方形板状试样时断口100%为结晶断口时所对应的温度为无塑性转变温度，以NDT表示。

在工厂检验中，韧-脆性转变温度一般采用标准夏比V形缺口冲击试验测定，因为V形缺口试样对低温脆性较为敏感。

国家试验标准规定了金属韧-脆性转变温度的测量的参考方法：一是冲击吸收功-温度曲线上下平台间规定百分数所对应的温度（ETTn）；二是脆性断面率-温度曲线中规定脆性断面率（n）所对应的温度（FATT）；三是侧膨胀值-温度曲线上下平台间某规定值所对应的温度（LETT）。根据不同温度下的冲击试验结果，以冲击吸收功或脆性断面率为横坐标，以试验温度为纵坐标绘制曲线，图1所示。目前，韧-脆性转变温度应用最多的是断口形貌转变温度（FATT），其次是能量转变温度（ETTn）和侧膨胀值转变温度（LETT）。

脆性转变温度除与表示方法有关外，还与试样尺寸、加载方式及加载速度有关，不同材料只能在相同条件下进行比较。在工程应用中，为防止构件脆断，应选择脆性转变温度低于构件下限工作温度的材料。对于那些含氮、磷、砷、锑和铋等杂质元素较多，在长期运行过程中有可能发生时效脆化、回火脆性等现象的材料，其脆性转变温度会随运行时间延长而升高。因此，脆性转变温度以及脆性转变温度的增量已成为构件材料性能的考核指标之一。

影响金属材料脆性转变温度的因素有：

（1）金属合金元素成分的影响。在钢中加入镍、锰等可使脆性转变温度降低，随着含碳、磷元素的增加，脆性转变温度明显升高。

（2）加载速度的影响。缓慢加载可降低脆性转变温度，相反，会使脆性转变温度升高。

（3）晶粒度的影响。细晶粒钢要比粗晶粒钢具有较高的冲击韧性和较低的脆性转变温度。

（4）热处理的影响。采用不同的热处理方法，可以得到不同的金相组织，提高钢材的冲击韧性，最好的热处理方法是进行调质处理。

（5）材料的厚度和缺陷脆性转变温度也有影响。 2100433B

当温度降低时，材料的屈服点升高，材料变脆。材料在温度降低时由韧性断裂变为脆性断裂有一个转变温度，称为韧-脆性转变温度。韧-脆性转变温度的定义为：“在一系列不同温度的冲击试验中，冲击试验吸收功急剧变化或断口韧性急剧转变的温度区域”。韧-脆性转变温度反映了温度对金属材料韧性或脆性的影响，对压力容器、舰船及桥梁等在低温条件下工作的结构及零件的安全性十分重要，它是从韧性角度选用金属材料的重要依据。

韧脆转变温度（ductile-to-brittle transition temperature），主要针对随着温度的变化，钢铁的内部晶体结构发生改变，从而钢铁的韧性和脆性发生相应的变化。在脆性转变温度区域以上，金属材料处于韧性状态，断裂形式主要为韧性断裂；在脆性转变温度区域以下，材料处于脆性状态，断裂形式主要为脆性断裂（如解理）。脆性转变温度越低，说明钢材的抵抗冷脆性能越高。

在低温情况下，材料因其原子周围的自由电子活动能力和“粘结力”减弱而使金属呈现脆性。一般情况下，对于每种材料，都有这样一个临界温度，当环境温度低于该临界温度时，材料的冲击韧性会急剧降低，这种现象称为金属材料的低温脆性转变，这一临界温度称为材料的脆性转变温度。为了确定材料的脆性转变温度，进行了大量的试验研究工作。如果把一组有缺口的金属材料试样，在整个温度区间中的各个温度下进行冲击试验。

低碳钢典型的韧-脆性转变温度。随着温度的降低，材料的冲击值下降，同时在断裂面上的结晶状断面部分增加，亦即材料的韧性降低，脆性增加。

有几种方法

（1）冲击值降低至正常冲击值的50～60%

（2） 冲击值降至某一特定的、所允许的最低冲击值时的温度。

（3） 以产生最大与最小冲击值平均时的相应温度

（4） 断口中结晶状断面占面积50%时的温度

对于厚度在40mm以下的船用软钢板，夏比V型缺口冲击能量为25.51J/cm2时的温度作为该材料的脆性转变温度。

钢铁材料在低温冲击韧性显著降低。从大量的冲击试验表明，温度低时钢时缺口的敏感性增大，这种现象称为钢的冷脆性。钢的冷脆性表明在温度变低时钢会由韧性状态转变成脆性状态。因此要防止钢的脆性破坏首先要掌握所使用的钢是在什么温度下钢韧性状态变为脆性状态的，这个温度叫做冷脆转变温度。冷脆转变温度可以通过试样的冲击试验来评定，但是因为评价的方法、标准不同而结论各异，往往仅能定出一个温度转变区间。

除低温冷脆转变引起的脆性破坏外，还有因焊接导致焊缝及热影响区材料脆化而引起的脆性断裂缝如焊条或焊丝的含碳量偏高或其他合金元素的碳当量偏高，便会引起焊接过程的淬硬倾向，使焊接接头区域材料硬化。如果含硫、磷量偏高时，也会导致焊缝的脆化，焊接过程本身相当于一个冶金过程，其热影响区相当于经受不同加热与冷却条件的热处理区。

材料的冲击吸收功能随温度的降低而降低，当试验温度低于TK时，冲击吸收功明显下降，材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象称为低温脆性。 2100433B