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冷脆(Cold-brittleness)

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在一100C,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


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