冷脆
脆性转变温度及回火脆性
脆性转变温度及回火脆性一般钢材随着温度的降低，冲击韧性（冲击功）降低，当降至某一温度时，冲击韧性（冲击功）急剧下降，钢材由韧性断裂变为脆性断裂，这种转变称为冷脆转变，转变的温度就称为冷脆温度，也即是脆性转变温度。
影响脆性转变温度的因素很多，有材料本身的因素，如晶体结构及强度等级、合金元素及夹杂物、晶粒大小等，有外部因素，如形变速度、应力状态、试样尺寸等。
(一)第一类回火脆性1.第一类回火脆性的主要特征及影响因素在200～350℃之间回火时出现的第一类回火脆性又称低温回火脆性。
如在出现第一类回火脆性后再加热到更高温度回火，可以将脆性消除，使冲击韧性重新升高。
此时若再在200～350℃温度范围内回火将不再会产生这种脆性。
由此可见，第一类回火脆性是不可逆的，故又可称之为不可逆回火脆性。
几乎所有的钢均存在第一类回火脆性。
如含碳不同的Cr-Mn钢回火后的冲击韧性均在350℃出现一低谷。
第一类回火脆性不仅降低室温冲击韧性，而且还使冷脆转变温度50％FATTe（钢料的冲击韧性）随测试温度的下降而出现显著下降时所对应的温度，即使钢料由韧性状态转变为脆性状态的温度称为冷脆转变温度，用50％FATT(℃）表示，详见金属力学性能]升高，断裂韧性Kle下降。
如Fe-0.28 C-0.6 4Mn-4.82Mo钢经225℃回火后Kle为117.4MN／m，而经300℃回火后由于出现了第一类回火脆性，使KIe降至73.5MN／m。
出现第一类回火脆性时大多为沿晶断裂，但也有少数为穿晶解理断裂。
影响笫一类回火脆性的因素主要是化学成分。
可以将钢中元素按其作用分为三类。
1)有害杂质元素，其中包括S、P、As、Sn、Sb、Cu、N、H、O等。
钢中存在这些元素时均将导致出现第一类回火脆性。
不含这些杂质元素的高纯钢没有或能减轻第一类回火脆。
2)促进第一类回火脆性的元素。
属于这一类的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、V 等。
这一类合金元素的存在能促进第一类回火脆性的发展。
铁脆有两种情况
铁脆有两种情况一种是冷脆性一种是热脆性冷脆性金属材料在低温下呈现的冲击值明显降低的现象。
大多是含磷元素高引起，象当年泰坦尼克号沉船事件，后来有人分析是制船钢板冷脆性引起的。
另外碳也能增加钢的冷脆性和时效敏感性，使铁的可塑性和抗冲击性降低。
热脆性指某些钢材400～500℃温度区间长期停留后室温下的冲击值有明显下降的现象。
在高温时并不表现出脆性，只有用常温冲击试验才能表现出脆性上升，可比正常值下降50％～60％以上。
低合金铬镍钢、锰钢、含铜钢易有热脆性.当含硫量达到一定程度时,就会出现热脆性的性质.主要是看这种钢的化学组成，尤其是磷，硫二元素的含量，S含量高造成热脆，P造成冷脆压力容器基本概念一、名词解释压力容器压力：在压力容器上或一般工程技术上，人们习惯于将压强称为压力。
设计压力：指在相应设计温度下用以确定容器计算壁厚及其元件尺寸的压力。
一般取设计压力等于或略高于最高工作压力。
工作压力：也称操作压力，系指容器顶部在正常工艺操作时的压力（即不包括液体静压力）。
强度：对于某一种材料来说，所能承受的应力有一定的极限，超过了这个极限，物体就会破坏，这一极限就称为强度。
应力：物体单位面积上所承受的附加内力。
许用应力：对于某一种材料来说，所能承受的最大安全应力。
标准沸点：压力容器：所有承受压力的密闭容器称为压力容器。
压力容器的工艺参数：是由生产的工艺要求确定的，是进行压力容器设计和安全操作的主要依据，其主要工艺参数为压力和温度。
抗拉强度：钢材试样在拉伸试验中，拉断前所能承受的最大应力。
屈服极限：又称屈服强度，即试样在拉伸过程中，拉力不增加（甚至有所下降），还继续显著变形时的最小应力。
蠕变极限：指在一定温度和恒定拉力负荷下，试样在规定的时间间隔内的蠕变变形量或蠕变速度不超过某规定值时的最大应力。
持久强度：试样在给定温度下，经过规定时间发生断裂的应力。
塑性：指金属材料发生塑性变形的性能。
韧性：为了防止或减少压力容器发生脆性破坏（在较低的应力状态下发生无显著塑性变形的破坏），要求压力容器用钢材在使用温度下有较好的韧性，表征材料抵抗冲击功的性能。
6低温冲击实验
六、低温冲击实验一、实验目的：1. 了解材料的低温脆性，学会测定材料韧脆转变温度的原理和方法；2. 掌握冲击韧性的实验方法，要求能正确地测试材料的冲击韧性；3. 熟悉冲击试样的宏观断口特征。
二、实验仪器材料：JB30GD 型冲击实验机、游标卡尺、低温箱、液氮罐、标准夏氏V 型缺口试样三、实验原理：(一)冷脆与冷脆转变温度T K有一些金属材料如体心立方晶格的中、低强度结构钢，当其服役温度降低时，其塑性、韧性便急剧降低，使材料脆化，这种现象叫做冷脆。
由于温度降低造成金属由韧性状态转变为脆性状态的温度叫做冷脆转变温度，用符T K 表示。
不同金属的冷脆转变温度T K 是不同的，T K 愈低，表示脆化倾向愈小，即在低温下使用时危险性愈小。
金属的冷脆现象对一些在寒冷地带服役的机械设备(工程机械、运输机械、桥梁、铁路、输油管道等)带来很大危害及影响。
因此，对制造这些设备的金属材料，常常需要测定其冷脆转变温度T K 以确定其低温脆化倾向的大小。
（二）冷脆转变温度T K 的测定方法金属冷脆转变温度T K 可通过低温系列温度冲击实验来测定。
所谓低温系列冲击试验就是对同一种金属材料的冲击试样，在低于室温的一系列不同温度下作断口百分数冲击吸收功温度t/°C纤维区晶状区X100率分百口断图1 冲击吸收功或断口形貌与温度的关系曲线冲击试验。
根据其冲击吸收功A K 随温度t 的变化关系，或试样冲断后断口形貌随温度t 的变化关系，来确定其冷脆转变温度。
图l 为体心立方金属的A K —t 或断口率—温度关系曲线示意图。
由图可见，这两种曲线一般都由三个部分组成。
第一部分为冲击吸收功变化不大的高冲击吸收功部分(上平台)，这部分冲击断口形貌特点是灰暗色、纤维状属于韧性断口；第三部分是冲击吸收功变化不大的低冲击吸收功部分(下平台)，这一部分冲击断口形貌特点是结晶状，是典型的脆性断裂断口，曲线的中间部分(第二部分)冲击吸收功变化较大，断口形貌为不同比例的结晶状和纤维状的混合断口，所以在这个温度区间即为冷脆转变温度范围。
防止和消除钢板仓低温冷脆现象的措施
防止和消除钢板仓低温冷脆现象的措施在长期的钢板仓工程实践中, 德通钢板仓总结出一整套防止和消除钢板仓低温冷脆现象的措施。
这些措施是建立在大量理论试验研究成果及钢板仓工程经验的基础上, 并涉及钢板仓设计制作加工安装和运输的各个阶段。
下面就选材、结构类型的选择、降低应力集中法、制作加工和安装工艺等主要方面进行讨论。
1. 钢材的选用：在选材上应考虑以下因素: 构件的重要性、构件制作加工及安装的温度条件和工艺条件等。
有时还取决于所采用钢材的极限厚度以及构件的结构型式。
2. 结构型式的选择：钢板仓构件结构型式的选择应遵循以下原则:1 )尽量减小由结构型式和加工工艺引起的应力集中;2）降低应力集中区由于焊接热影响造成的局部塑性变形; 对组合截面的构件应保证其截面的完整性;3）. 尽量选用较薄的板材等。
随着厚度的增大, 沿厚度方向的应力逐渐增加并使该处处于三向受拉状态, 并且逐步向平面应变状态过渡。
这同样提高了钢板仓构件发生脆性破坏的可能性。
研究成果表明, 对含较高应力集中的低碳钢和低合金钢构件, 其厚度宜限制在40mm 以内。
3.降低应力集中法：降低应力集中法也就是从提高抗低温冷脆性能角度出发人为地调整构件的应力状态。
有利于降低应力集中结构型式的改变都能使其韧脆转变温度降低, 即降低构件产生脆性裂纹的危险性。
4.制作加工和安装技术措施：有关制作加工和安装工艺方面的技术措施是建立在以下原则基础上的:1) 钢材冷加工会引起冷变形, 因此在加工过程中不允许使钢材过分硬化和产生裂纹、擦痕等等缺陷;2）. 对焊接构件尽量排除未焊实和其它的焊缝及被连接构件中的焊接缺陷;3）. 在焊接过程中不允许在焊件中遗留较大的热塑性变形及其残余应力。
5.晶粒度的影响：钢的晶粒越细，其韧性越好，可以降低韧脆转变温度。
钢中晶粒越小，滑移线越短，组织中的螺位错和滑移面长生的裂纹也就越小，应力集中夜宵，裂纹越不容易扩展。
所以可提高钢材的韧性。
结构钢的低温冷脆及断裂机理概述
（） ２ 裂纹 的产生——通常为钢晶格 间损伤 的宏观集中表现 ； （ ） 纹 向整 个 构 件 界 面 的横 向发 展 。 ３裂 ３ ． ２材料脆性断裂理论 自 十世纪 ２ 年代开始 ， 二 ０ 世界上很多学者致力于脆性破坏领域 的 研究， 形成 了很多理论流派。 （） １ 经典力学理论 该理论是建立 在塑性剪切和脆性断裂的基础上 ， 能解 释几乎所有与脆性断裂现象有关的影响因素 ；主要通过试验研究 金属等多 晶体材料在不同应变状 态下 的破坏 。 （） ２ 脆性 断裂的位 错理论 晶体原无裂纹 ， 在应力作用 下 ， 材料发生 解理断裂 的理论 ， 即位错理论。位错理论解释 了脆性裂纹的成核和长大
当温度降低到某一程度时 ，金属材料的冲击吸收能量明显下降并 引起脆性破坏的现象称 为冷脆 。 金属的低温脆断具有 以下特点１ ２ １ ： （） １断裂时所承受的工作应力低 。 （） ２ 脆性断裂时 ， 裂纹的扩展速度极快 ， 且脆断之前无任何预兆 。 （） ３ 材料脆断温度通常接 近材料 的韧脆转变温度。 （） ４ 脆断常起源于构件 自身存在缺陷处 。 （） ５ 脆性 断裂的宏观断 口平齐 ， 断面收缩率小 ， 观上无 明显 的宏 外
Ｒ 的经 验 方 程１： ４ １
能成功地解决脆性破坏的有关问题 ， 并在工程 中应用。 ４低 温 脆 性 断 裂 的 实验 手 段 及 其 评 定 指 标 ． 世界各 国对结构材料 的低温脆性问题长期以来做了大量的研究工 作 ， 出了不少低温脆性评定指标和试验方法。 提 ４１ ． 低温拉伸试验 低温拉伸试验需要一个低温环境 ，且在低温下材料的性能发生变 化 。因此 ， 与常温拉伸试验相比 ， 除需要设计低温箱外 ， 其它仪器 、 备 设 及参数也需要重新设计选择 。 由于断面收缩率和延伸率对试样温度不敏感 ，国内外学术界普遍 认 为光滑试样低温拉伸的延性指标不能用于反映低温韧性［ ７ １ 。 ４２低 温 冲 击 实 验 ． 冲击 实验 的实 验方 法 有很 多 ，在 低温 时 常使 用 夏 比缺 口冲 击 （ ｈ ｒｙｎｔｈｉｐ ｃ） Ｃ ａｐ ｏ ａｔ试验 ， ｃ ｍ 特别是 系列温度 冲击 实验来评定材料 的低 温脆性 。 ４３韧 脆 转 变 温度 ． 确定材料韧脆转变温度的标 准较多 ， 常用的有能量准则法 、 口 断 形 貌准则法 、 侧膨胀值法等。 （） １能量准则法（ ＿ ）以某一固定能量来确定韧脆转变温度 ， Ｅｒ ｒ 在冲 击吸收能量一温度曲线上平 台与下平 台区间规定 百分数（） 对应的温 ｎ所 度 ， Ｅ ｒ 表示 。 用 Ｔｎ 一般 取最大 冲击值 的一半所对应的温度 ， 或取最大冲 击功 与最小冲击功 的平 均值所对应的 冲击 温度为韧脆冷脆转变温度 ，
低温脆变
在较低环境温度下工作：当温度从常温开始下降肘,材料的缺口韧性将随之降低,材料逐渐变脆。
这种性质称为低温冷脆。
不同的钢种,向脆性转化的温度并不相同。
同一种材料,也会由于缺口形状的尖锐程度不同,而在不同温度下发生脆性断裂。
影响低温脆性的因素很多,它不仅取决于晶格类型,还受材料的成分、组织等因素的影响.分别讨论材料成分、晶粒尺寸、显微组织对低温脆性转变温度的影响。
可以从两个方面来解释：宏观上材料的断裂强度与屈服强度与温度有关系，对称度低的金属这个特点就更明显，一般是材料的断裂强度随温度的降低而减小，屈服强度会增加。
这两个函数在脆韧转变温度处相交，在这个温度以下材料的屈服强度比断裂强度大，因此材料在受力时还未发生屈服便断裂了，材料显示脆性。
从微观机制来看低温脆性与位错在晶体点阵中运动的阻力有关，阻力增大，则材料屈服强度也相应增加，因为材料在塑性变形时主要依靠位错运动来完成的。
对对称性低的金属，合金而言，温度降低位错运动的点阵阻力增加，原子热激活能力下降。
因此材料屈服强度增加。
影响材料脆韧转变的因素有：1．晶体结构，对称性低的体心立方以及密排六方金属，合金转变温度高，材料脆性断裂趋势明显，塑性差；2．化学成分，能够使材料硬度，强度提高的杂质或者合金元素都会引起材料塑性和韧性变差，材料脆性提高；3．显微组织，显微组织包含以下几个方面的影响：晶粒大小，细化晶粒可以同时提高材料的强度和塑性，韧性。
细化晶粒提高材料韧性原因为,细化晶粒可以使基体变形更加均匀，晶界增多可以有效的阻止裂纹的扩张，因塑性变形引起的位错的塞积因晶界面积很大也不会很大，可以防止裂纹的产生；金相组织；4．温度的影响：温度影响晶体中存在的杂质原子的热激活扩散过程，定扎位错原子气团的形成会使得材料塑性变差。
5．加载速度的影响：提高加载速度如同降低材料的温度，使得材料塑性变差，脆化温度升高。
6．试样形状以及尺寸的影响。
影响低温脆性的因素很多,它不仅取决于晶格类型,还受材料的成分、组织等因素的影响.分别讨论材料成分、晶粒尺寸、显微组织对低温脆性转变温度的影响。
实验二金属材料系列冲击试验与低温脆性
实验⼆⾦属材料系列冲击试验与低温脆性⾦属材料系列冲击试验与低温脆性姓名：班级：⽇期：指导⽼师：⼀、试验内容与⽬的:试验测定3种不同⾦属材料的冲击吸收功随温度变化，⽐较分析低温脆性特点⼆实验原理：本次试验采⽤国标编号为GB/T 229-1994。
⽤规定⾼度的摆锤对⼀系列处于不同温度的简⽀梁状态的缺⼝试样进⾏⼀次性打击，测量各试样折断时的冲击吸收功。
冲击吸收功的测量原理为冲击前以摆锤位能形式存在的能量中的⼀部分被试样在受冲击后发⽣断裂的过程中所吸收。
摆锤的起始⾼度与它冲断试样后达到的最⼤⾼度之间的差值可以直接转换成试样在冲断过程中所消耗的能量，试样吸收的功称为冲击功（A k ）。
所谓脆性断裂是⼀种快速的断裂，断裂过程吸收能量很低，断裂前及伴随着断裂过程都缺乏明显的塑性变形。
包括铁素体钢在内的中、低强度体⼼⽴⽅⾦属以及合⾦，密排六⽅的锌、铍及其合⾦的冲击功A k 值随温度的下降⽽有显著降低的过程，也就是说，在⼀个有限的温度范围内，受到冲击载荷作⽤发⽣断裂时吸收的能量会发⽣很⼤的变化。
这种现象称为材料的韧脆转变。
改变试验温度，进⾏⼀系列冲击试验以确定材料从⼈性过渡到脆性的温度范围，称为“系列冲击试验”。
韧脆转变温度就是A k -T 曲线上A k 值显著降低的温度。
曲线冲击功明显变化的中间部分称为转化区，脆性区和塑性区各占50%时的温度称为韧脆转变温度（DBTT ）。
当断⼝上结晶或解理状脆性区达到50%时，相应的温度称为断⼝形貌转化温度（FATT ）。
脆性断裂百分数的测量：在显微镜下观察断裂试样的断裂⾯，脆性断裂部分⼀般是⽩亮的梯形，通过测量计算可得出梯形的⾯积，按下式计算出脆性断裂百分数：%100%η=脆性区⾯积脆性断裂百分数端⼝横截⾯积三、实验要求：(1)阅读相关的国家标准(GB229)，做好试验预习⼯作。
(2)按照国标⽂件中的试验报告内容要求编写试验报告。
(3)试验报告中，另外要包含下⾯两项内容的分析讨论：第⼀，关于⾦属冷脆性的材料⽅⾯影响因素；第⼆，冲击试验中致脆的因素。
热处理对钢材料的回火脆性和冷脆性的影响研究
热处理对钢材料的回火脆性和冷脆性的影响研究钢材作为一种重要的结构材料，其力学性能和使用寿命直接影响到工程项目的安全和可靠性。
热处理是一种常用的方法，通过控制材料的组织结构和性能，来提高钢材的力学性能。
然而，在热处理过程中，会出现一些弊端，其中之一就是可能引起钢材的回火脆性和冷脆性。
本文将对热处理对钢材料回火脆性和冷脆性的影响进行研究。
一、回火脆性回火脆性是指在高温回火处理后，材料的冲击韧性明显下降的现象。
这种现象主要是由于回火过程中，残余奥氏体出现，导致晶界的碳浓度升高，从而使晶界脆化，降低了材料的韧性。
回火过程中的脆化主要有两种类型，分别是回火脆性和回火淬火脆性。
延伸：回火脆性的测试和评定方法！在研究中，学者们针对回火脆性进行了大量的研究。
他们通过测定材料的冲击韧性和硬度等指标，来评定材料的回火脆性。
常见的回火脆性测试方法包括冲击试验、硬度试验和拉伸试验等。
通过这些测试方法，可以了解材料在回火过程中的脆化程度，从而对回火工艺进行优化和改进。
二、冷脆性冷脆性是指在低温下，材料的韧性明显降低，容易发生断裂的现象。
冷脆性是由于低温下材料的塑性变形能力降低，导致位错堆积、晶界弹性变形和晶粒滑移等发生异常。
此外，含有氢元素的钢材还会因为氢脆性的产生而增加冷脆性。
延伸：冷脆性与低温环境下材料的可靠性！冷脆性对于一些低温环境下的工程结构来说非常重要。
例如，在极寒地区的石油和天然气管道中，钢材的冷脆性可能会引发严重的事故。
因此，研究钢材的冷脆性并寻找相应的改进措施，对于确保工程结构的可靠性具有重要意义。
三、热处理对回火脆性和冷脆性的影响1. 回火脆性影响就回火脆性而言，热处理的过程参数对材料的回火脆性有直接的影响。
温度、时间和冷却速率等因素都会改变材料的组织结构和性能，进而影响回火脆性的形成。
合理选择热处理参数，可以减轻回火脆性的出现。
2. 冷脆性影响冷脆性主要与材料的化学成分和晶粒尺寸有关。
例如，高碳钢和低合金钢相对于低碳钢更容易出现冷脆性。
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冷脆
冷脆具有体心立方点阵的合金钢，当试验温度降低时，将由韧性断裂转变为脆性断裂。
许多工业用钢在室温到零下温度范围将发生脆化，称为冷脆性。
图1 滑移过程形成的裂纹
a--位错塞积；b--两个{110)滑移带相交
合金钢的冷脆性(或低温脆化倾向)用韧性一脆性转化温度Tc表示。
高纯铁(0.01％C)的Tc在一100。
C，低于此温度则完全处于脆化状态。
钢中大多数合金元素都升高钢的韧性一脆性转化温度，增加冷脆倾向。
在室温以上韧性断裂时，合金钢的断口为韧窝型断口，而在低温下脆性断裂时为解理断口。
合金钢的低温脆化的原因是：(1)形变时位错源产生的位错被障碍物(如晶界、第二相等)阻塞时，局部应力超过钢的理论强度而产生微裂纹(见图1a)。
(2)几个塞积的位错在晶界合成一个微裂纹。
(3)两个{110)滑移带相交处反应，引起不动位
错%26lt;010%26gt;，呈楔形微裂纹，它可沿{100}解理面裂开(见图1b)。
增加钢冷脆的因素有：(1)固溶强化元素。
磷升高韧性一脆性转化温度最强烈；还有钼、钛和钒；含量低时影响不大而含量高时升高韧性一脆性转化温度的元素有，硅、铬和铜；降低韧性一脆性转化温度的有镍，先降低后升高韧性一脆性转化温度的有锰。
(2)形成第二相的元素。
以第二相增加钢冷脆最重要的元素为碳，随钢中碳含量增加，钢中珠光体含量增加，平均每增加1％珠光体体积，韧性一脆性转化温度平均升高2．2℃。
图2为铁素体一珠光体钢中碳含量对脆性的影响。
加入钛、铌和钒等微合金化元素，形成弥散分布的氮化物或碳氮化物，引起钢的韧性一脆性转化温度上升。
(3)晶粒尺寸影响韧性一脆性转化温度，随晶粒粗化，韧性一脆性转化温度升高。
细化晶粒则降低钢的冷脆倾向，这是广为应用的方法。
图2 铁素体-珠光体钢中碳含量对脆性的彰响。