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冷脆,即低溫脆性,指某些金屬或合金在低于再結(jié)晶溫度或低溫(一般為100~-100℃)時(shí),沖擊韌性急劇下降的現(xiàn)象。有時(shí)也指含磷量較高的鋼在冷作加工過(guò)程中所發(fā)生的脆性現(xiàn)象。
冷脆與材料的韌性和脆性聯(lián)系緊密。高韌性的材料不容易發(fā)生冷脆,反之就容易發(fā)生。在溫度低于一個(gè)特定溫度的時(shí)候,材料的吸收的沖擊功會(huì)突然減小,從韌性轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈裕@一溫度即為冷脆轉(zhuǎn)變溫度。實(shí)驗(yàn)上一般用沖擊試驗(yàn)來(lái)確定這一溫度。
有些金屬材料,如工程上用的中低強(qiáng)度鋼,當(dāng)溫度降低到某一程度時(shí),會(huì)出現(xiàn)沖擊吸收能量明顯下降并引起脆性破壞的現(xiàn)象,稱為冷脆。歷史上曾經(jīng)發(fā)生過(guò)多次由于低溫脆性造成的壓力容器、船舶、橋梁等大型鋼結(jié)構(gòu)脆斷的事故,造成巨大損失,如著名的泰坦尼克冰海沉船事故,美國(guó)二戰(zhàn)期間建造的焊接油輪“Victory”斷裂事故,西伯利亞鐵路斷軌事故等。
沖擊吸收能量隨溫度降低而減小,在某個(gè)溫度區(qū)間沖擊吸收能量發(fā)生急劇下降,試樣斷口由韌性斷口過(guò)渡為脆性斷口,這個(gè)溫度區(qū)間就稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度范圍。
韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低,金屬材料的低溫沖擊韌性就越好。在嚴(yán)寒地區(qū)使用的金屬材料必須有較低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度,才能保證正常工作,如高緯度地區(qū)使用的輸油管道、極地考察船等建造用鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度應(yīng)在-50℃以下。
韌脆轉(zhuǎn)變溫度一般使用標(biāo)準(zhǔn)夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)測(cè)定,試驗(yàn)原理與常溫沖擊試驗(yàn)相同,只是要增設(shè)一個(gè)試樣冷卻裝置,如低溫恒溫箱,也可使用廣口保溫瓶等,如下圖所示。
冷卻介質(zhì)由致冷劑和調(diào)溫劑組成,應(yīng)無(wú)毒、安全和不腐蝕金屬。當(dāng)使用液體介質(zhì)冷卻試樣時(shí),試樣應(yīng)放置于一容器中的網(wǎng)柵上,網(wǎng)柵至少高于容器底部25 mm,液體浸過(guò)試樣的高度至少25 mm,試樣距容器側(cè)壁至少10mm,并應(yīng)連續(xù)均勻攪拌介質(zhì)以使溫度均勻。當(dāng)使用氣體介質(zhì)冷卻試樣時(shí),試樣距低溫裝置內(nèi)表面或試樣與試樣之間應(yīng)保持足夠的距離,試樣應(yīng)在規(guī)定溫度下保持至少20min。
每個(gè)試驗(yàn)溫度一般用三支試樣,試驗(yàn)溫度的間隔和試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)保證繪出完整、明確的曲線。根據(jù)不同溫度下的沖擊試驗(yàn)結(jié)果,以沖擊吸收能量或脆性斷面(放射區(qū))率為縱坐標(biāo),以試驗(yàn)溫度為橫坐標(biāo)繪制曲線,確定韌脆轉(zhuǎn)變溫度,如下圖所示。