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脆性金属

低应力破坏的金属

‌脆性金属‌是指在外力作用下仅产生很小变形即发生断裂破坏的金属材料。脆性金属在断裂前通常没有明显的塑性变形，与‌韧性金属‌相反，韧性金属在断裂前会有较大的塑性变形‌。

脆性断裂特征
（1）
（2） 一般都发生在较低的温度，通常发生脆断时的材料的温度均在室温以下20℃。
（3） 脆断发生前，无预兆，开裂速度快，为音速的1/3。
（4） 发生脆断的裂纹源是构件中的应力集中处。
防止脆断的措施
（1） 选用低温冲击韧性好的钢材。
（2） 尽量避免构件中应力集中
（3） 注意使用温度。
韧脆性转变温度
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。
产生条件
5.5.1. 温度
任何一种断裂都具有两个强度指标，屈服强度和表征裂纹失稳扩散的临界断裂强度。
温度高，原子运动热能大，位错源释放出位错，移动吸收能量；温度低反之。
5.5.2. 缺陷
5.5.2.1. 材料韧性
裂纹尖端应力大，韧性好发生屈服，产生塑性变形，限制裂纹进一步扩散。
5.5.2.2. 裂纹长度
裂纹越长，越容易发生脆性断裂。
5.5.2.3. 缺陷尖锐程度
越尖锐，越容易发生脆性断裂。
5.5.3. 厚度
钢板越厚，冲击韧性越低，韧-脆性转变温度越高。
原因：
（1）越厚，在厚度方向的收缩变形所受到的约束作用越大，使约束应力增加，在钢板厚度范围内形成平面应变状态。
（2）冶金效应，厚板中晶粒较粗大，内部产生的偏析较多。
5.5.4. 加载速度
低强度钢，速度越快，韧-脆性转变温度降低。
金属材料的脆化现象
分两类：
（1） 在一定温度条件下出现的脆性，温度条件改变后，脆性自行消失，或者在一定温度条件下，经一定时间后出现的脆性。
这种情况下，金属的组织变化不明显。有冷脆性，热脆性，红脆性及回火脆性。
（2）由于应力的反复作用，介质的浸蚀以在高温下长期工作后，金属组织改变引起的脆化现象。这种脆性无法消除或要通过一定的特殊方法消除。如苛性脆化，氢脆，热疲劳，石墨化。
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