
【化】 black shortness; cold brittleness; cold shortness; shortness
冷脆性(Cold Brittleness)是材料科學領域的重要概念,指材料在低溫環境下韌性顯著下降、脆性增加的現象。該術語對應的英文表述為"cold brittleness"或"cold shortness",常見于金屬材料(如低碳鋼)的低溫失效分析。
從微觀機制看,冷脆性源于材料晶格結構在低溫下的位錯運動受阻。當溫度低于韌脆轉變溫度(DBTT)時,材料内部位錯難以通過滑移釋放應力,導緻裂紋擴展加速。這一特性在《ASM金屬手冊》中被明确界定為溫度敏感型失效模式(ASM Handbook, Volume 1)。
工程實踐中,冷脆性對以下領域産生關鍵影響:
根據美國材料試驗協會ASTM E23标準,夏比沖擊試驗(Charpy Impact Test)是評估材料冷脆性的标準方法,通過測定不同溫度下的沖擊吸收功繪制韌脆轉變曲線。該現象在《金屬物理冶金基礎》等專業文獻中均有系統論述(Materials Park, OH: ASM International)。
冷脆性是指金屬材料在低溫環境下韌性顯著下降、脆性增加的現象。以下是詳細解釋:
基本概念
冷脆性表現為材料在低溫下沖擊韌性突然降低,斷口從韌性斷裂轉為脆性斷裂。例如鋼材在低溫時強度可能增加,但塑性急劇下降,容易發生無預警的脆性破壞。
韌脆轉變溫度
材料從延性破壞轉變為脆性破壞的溫度上限稱為韌脆轉變溫度(Tc)。工程中需确保材料的最低工作溫度高于此溫度以避免冷脆風險。
元素影響
磷是主要誘因,其固溶強化作用導緻晶内偏析,局部磷含量升高會提升韌脆轉變溫度。硫、銅等元素過量也可能加劇冷脆性。
晶體結構
體心立方晶格材料(如鐵素體)易發生冷脆,而面心立方晶格的奧氏體因低溫相變(生成鐵素體+珠光體)可避免冷脆。
冷脆性與熱脆性(高溫長期載荷下的脆化)不同,需根據具體工況區分應對。
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