脆性转变机理
韧脆转变过程中微观机理的转变及其判据
韧脆转变过程中微观机理的转变及其判据
微观机理转变及其判据是指材料从韧性到脆性的变形行为机理的转变
以及判定转变的标准。
一、转变机理
1. 韧性机理
(1) 扭转变形：从物理上讲，材料受到外力作用，材料分子层间间距变小，使得原子结构在外力对称施加处受拉应力而歪斜，产生扭转变形。
(2) 缠绕变形：这是由于金属材料中原子在拉伸时发生缠绕动力，发生
称为缠绕屈服的变形行为，使材料从韧性转变为脆性。
2. 脆性机理
(1)单切破裂：材料受外力时，塑势电子在材料的晶格层与晶格层，以
及晶格层与非晶格层间的位错处依次出现破裂，脆性物质的变形就是
以这样的破裂为主。
(2)局部滑移：材料受外力作用破裂断口便会被移动，形成非晶格滑移，材料继续拉伸变形，产生单位面内局部区域滑移。
二、转变判据
1. 对于韧性：当材料变形量大于正常拉伸时，表明材料含有韧性特性。
2. 对于脆性：外力的作用使材料的特性比正常变形特性稳定性下降，
表明具有脆性特性。
脆性材料在高压环境中的变形破坏机制
脆性材料在高压环境中的变形破
坏机制
脆性材料在高压环境中的变形破坏机制
脆性材料是一类在高压环境下容易发生变形和破坏的材料。
其变形破坏机制可以通过以下步骤进行描述：
第一步，当脆性材料处于高压环境下时，外部施加的压力会作用在材料的表面上。
第二步，由于高压的作用，材料内部的原子结构发生变化。
在高压下，原子之间的距离缩短，原子之间发生相互作用力增加，导致材料的力学性能发生变化。
第三步，随着压力的增加，脆性材料内部会逐渐累积应力。
由于脆性材料的内部结构相对较脆弱，无法承受较高的应力，因此在高压环境下会出现应力集中的现象。
第四步，当应力集中达到材料的破坏强度时，脆性材料会发生破坏。
在这个过程中，通常会出现裂纹的扩展。
由于脆性材料的内部结构较为脆弱，裂纹扩展的速度很快，导致材料的破坏往往是突然发生的。
第五步，当材料发生破坏后，裂纹会继续扩展，导致材料的断裂。
断裂的形态通常为贝壳状，这是由于裂纹扩展的方式引起的。
总的来说，脆性材料在高压环境中的变形破坏机制是由外部压力作用、内部应力集中、裂纹扩展和断裂等过程组成的。
在理解和应用脆性材料时，需要考虑这些变形破坏机制，并采取相应的措施来避免或减轻材料的破坏。
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。
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。
焊接热影响区的脆化机理及防治措施
新能力的高素质人才，推动焊接热影响区脆化研究的持续发展。
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针对不同服役条件下的焊接结构，研究其在复杂环境中的脆化机理和演
化规律，为实际工程应用提供理论支持。
02
焊接结构安全评估与寿命预测
建立完善的焊接结构安全评估和寿命预测体系，实现对脆化的早期预警
和有效控制，提高焊接结构的安全性和可靠性。
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织结构。
相变温度控制
通过控制相变温度，优化热影响 区的组织结构，提高其韧性。
03
焊接热影响区脆化检测与评估
检测方法
金相分析
通过观察金相组织，检测热影响区的微观结构变化， 判断脆化程度。
力学性能测试
对焊接接头进行拉伸、冲击等试验，测定其力学性能 ，评估脆化倾向。
料的韧性，从而引发脆化。
组织转变
焊接过程中，热影响区的组织会发 生转变，如奥氏体向铁素体的转变 ，这种转变会导致材料的脆性增加 ，进一步加剧脆化。
氢的扩散与聚集
焊接过程中，氢会向热影响区扩散 并聚集，导致氢脆，使材料脆化。
影响因素
01
02
03
焊接工艺参数
焊接线能量、焊接速度等 工艺参数会影响热影响区 的温度分布和冷却速度， 从而影响脆化程度。
焊接热影响区的脆化机理及 防治措施
汇报人： 2024-01-08
目录
• 焊接热影响区脆化机理 • 焊接热影响区脆化防治措施 • 焊接热影响区脆化检测与评估 • 焊接热影响区脆化研究展望
回火的脆性机理与避免方法
回火脆性的机理与避免方法二、低温回火脆性1. 低温回火脆性的机理低温回火脆性几乎在所有的工业用钢中都会出现。
低温回火脆性产生的机理： 一般认为，低温回火脆性是由于马氏体分解时沿马氏体条或 片的界面析出断续的薄壳状碳化物，降低了晶界的断裂强度，使之成为裂纹扩展的路径，因而导致脆性断裂。
如果提高回火温度，由于析出的碳化物聚集和球化，改善了脆化界面状况而使钢的韧性又重新恢复或提高。
另外也有认为低温回火脆性是韧性相残余奥氏体的转变所 引起的。
钢中含有合金元素一般不能抑制低温回火脆性，但Si 、Cr 、Mn 等元素可使脆化温度推向更高温度。
例如，3 S =1.0%~1.5%的钢，产生脆化的温度为 300~320C;而3 S i=1.0%~1.5%、 3C r =1.5%~2.0%的钢，脆化温度可达 350~370C 。
2. 低温回火脆性防止措施到目前为止还没有一种有效地消除低温回火脆性的热处理或合金化方法。
一些产生机理，可以采取以下措施来防止或减轻低温回火脆性：(1) 降低钢中杂质元素的含量；(2) 用Al 脱氧或加入Nb V 、Ti 等合金元素细化奥氏体晶粒； (3) 加入Mo W 等可以减轻第一类回火脆性的合金元素；摘要：金属脆性断裂过程中，承受的工程应力通常不超过材料的屈服强度，甚至低于 按宏观强度理论确定的许用应力。
由于脆性断裂前既无宏观塑性变形， 又无其他预兆，并且一旦开裂后，裂纹扩展迅速，造成整体断裂或很大的裂口，有时还产生很多碎片， 容易导致严重事故。
脆性断裂通常发生于塑性和韧性差的金属或合金中。
本文将从淬火钢回火过程中产生的回火脆性这方面探讨， 而进一步提高钢的冲击韧性进行讨论。
关键词：回火脆性 冲击韧性—、基本概念冲击韧性是指金属抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力，要指标。
舞…T-1' ™ ' ■■ ■ ■ ■' -----9。
・ r n ■-占.■，工3心 二“壬二-, : J ■■■■■■■■ J L J - !\ J J Jb J臥卩:聾迂三就如何防止出现回火脆性， 从 是金属材料力学性能的一个重淬火钢回火时的冲击韧性并不总是随回火 温度的升高单调增大，有些钢在一定的温度范围 内回火时，其冲击韧性显著下降，这种脆化现象 叫做钢的回火脆性。
岩石的脆-延性转换
S2.4.1 普遍原理
Paterson and Weaver(1970) 研究了围压为0 ， ， 200 500 MPa下不同温度时 MgO 多晶体的变形。 屈服应力如 图2.4.6所示。
图: 2.4.6 MgO单晶与多晶脆-塑转换时的相互关系(来自Paterson and Weaver,
1970)
S2.4.2 压力引起的转换
图: 2.4.9 沿图2.4.1中A-B的脆-塑转换路径大理岩在一系列围压下的变
形(Scholz, 1968; Edmond and Paterson, 1972)
S2.4.2 压力引起的转换
图2.4.9 还给出了体积应变和轴向应变的关系图。 在较 低围压下， 屈服后的轴向应变伴有稳定的扩容率， 表明岩石 内在发生微破裂的作用， 围压的作用是逐步限制扩容， 直 到300MPa时扩容消失。 扩容与轴向应变的比值关系类似于 围压对轴向应力-应变曲线的效应： 都是在低围压下最大， 并逐渐减小， 直到在围压为300MPa时消失。 在较低的围压 下， 岩石发生突变性形变， 随着围压的逐渐增高， 形变中的 脆性作用逐渐减小， 在围压为300MPa时， 脆-塑性转换结束， 岩石完全塑性化。
S2.4.1 普遍原理
注： 2. “扩散流” 是指物质从岩体的一部分到另一部分的 扩散而引起的物体的形状改变的形变过程， 而不管物质的 扩散途径如何。 扩散途径可以通过晶粒内部， 也可以通过颗 粒的边界。 基于上述两种途径的简单扩散模型是 Nabarro-Herring 和 Goble 蠕变。 位错爬升及沿位错及位错网 格的扩散可能是引起扩散流的更主要的原因。 在孔隙岩石 中， 扩散的途径还可能包括通过颗粒空间的液体。
S2.4.1 普遍原理
在脆-塑转换过程中存在着重要的相互作用。 塑性流动 趋向于在裂纹尖端形成集中， 因为该处应力高； 塑性流动还 具有抑制和稳定化的双重效应， 因为裂纹扩展包括塑性流 动作的功， 它会使 “裂纹扩展力” ������增大， 而同时塑性流动 会钝化裂纹， 使该处应力集中减小。 另一方面， 塑性流动也 会诱发裂纹， 即当被活化的滑移数量不充分时， 晶格在颗粒 边缘错配， 常导致位错堆集， 产生应力集中， 进而出现微破 裂成核作用(Zener-Stroh 机制)。
韧脆转变温度的调控方法-概述说明以及解释
韧脆转变温度的调控方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述韧脆转变温度的调控方法是一项关键的研究领域，对于材料工程和材料科学领域来说具有重要意义。
通过调控材料的韧脆转变温度，我们可以改变材料的性能和应用范围，从而满足不同领域的需求。
韧性和脆性是材料的两种基本力学性质。
在低温下，大多数材料表现出韧性，即能够吸收较大的变形能量而不破裂。
而当温度升高时，部分材料会出现韧脆转变现象，即由韧性转变为脆性。
这一现象使得材料在高温环境下容易发生失效和破坏，限制了其应用范围。
因此，如何有效调控材料的韧脆转变温度成为了研究的热点之一。
通过确定和改变影响韧脆转变的因素，我们可以找到适合特定应用需求的材料和工艺。
本文将重点介绍影响韧脆转变温度的主要因素，并探讨如何通过不同的调控方法来改变韧脆转变温度。
我们将综述目前已有的研究成果，包括材料配方设计、微结构控制、热处理技术等方面的方法，并对其进行分析和比较。
最后，我们将总结目前已有的研究成果，并展望未来的研究方向。
我们希望通过本文的详细介绍和分析，可以为相关领域的科研人员提供一定的参考和指导，推动韧脆转变温度调控方法的进一步研究和应用。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要围绕韧脆转变温度的调控方法展开讨论，以下是文章各部分的内容概述：引言部分将对本文的主题进行概述，并介绍韧脆转变温度的意义和影响因素，为后续内容的阐述做铺垫。
正文部分将分为三个小节，分别探讨韧脆转变温度的意义、影响因素以及调控方法。
在“2.1 韧脆转变温度的意义”中，我们将阐述韧脆转变温度在材料科学领域的重要性，包括其对材料性能和应用的影响。
同时，我们还将介绍韧脆转变温度与材料微结构之间的关系，以及相关研究的现状和挑战。
“2.2 韧脆转变温度的影响因素”部分将对影响韧脆转变温度的因素进行详细探讨。
我们将介绍物质的成分、晶体结构、晶界、缺陷和杂质等因素对韧脆转变温度的影响机制，分析这些因素的作用机理和相互关系。
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化学成分
间隙元素
晶粒大小
高阶能下降
影响因素（内） (influence factor /inner)
珠光体 上贝氏体 铁素体
下贝氏体
回火马氏体
钢中各组织脆性转变温度由高到底
金相组织
影响因素（外）
(influence factor /outer)
ห้องสมุดไป่ตู้
1、形变速度的影响 提高变形速度有类似降温的作用。但是在常用的冲击速度范围 内（4～6m/s），改变变形速度对韧脆转变温度影响不大。 2、试样尺寸及取样部位的影响 试样尺寸增加，韧性下降，断口中纤维区比例减少，韧脆转变 温度提高。原因是：尺寸越大，出现缺陷的几率增加、缺口前沿三 向拉应力状态加剧、平面应变断口比例增加，使脆断抗力下降。 取样部位不同，其韧性值也不同。 3、应力状态及缺口形式的影响
结晶区面积占断口50%
简要机理
(Brief mechanism)
s i k yd
1 2
位错阻力 晶格阻力
摩擦阻力
2 E s c a
1 2
晶格阻力对 温度敏感， 且bcc和 hcp>>fcc
影响因素（内）
(influence factor /inner)
低温脆性转变
李慕姚 1351626
低温脆性定义及表现
(Definition / performance)
体心立方金属或某些密排六方金属及其合 金在温度低于某一温度时，会由韧性状态 转变为塑性状态 典型特征：1.冲击共吸收明显下降，断裂 机理由微孔聚集型变为穿晶断裂.2断口特 征有纤维状变成结晶状
一点注意
应力状态越硬，缺口越尖锐，韧性越低，韧脆转变温度越高。
8
Thanks
(Pay attention)
未经强烈硬化处理的面型立方 金属和大多数密排六方金属不 会发生低温脆性转变
高强度材料，通常是指屈服强 度大于杨氏模量1/150的材料 不会发生低温脆性转变
韧脆转变温度 (Ductile brittle transition temperature)
按断口形貌
以低阶能和高阶能平均值