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。有的元素单独存在时影响不大，如Ni。但当Ni与Si同时存在时则也能促进第一类回火脆性的发展。部分合金元素还能将笫一类回火脆性推向较高的温度，如Cr与Si。
3)减弱第一类回火脆性的元素。属于这一类的合金元素有Mo、W、Ti、A l 等。钢中含有这一类合金元素时第一类回火脆性将被减弱。在这几种合金元素中以Mo的效果最显著。
除化学成分外，影响第一类回火脆性的因素还有奥氏体晶粒的大小以及残余奥氏体量的多少。奥氏体晶粒愈细，第一类回火脆性愈弱；残余奥氏体量愈多则愈严重。
2.第一类回火脆性形成机理
目前，关于引起第一类回火脆性的原因的说法很多，尚无定论。看来，很可能是多种原因的综合结果，而对于不同的钢料来说，也很可能是不同的原因引起的。
最初，根据第一类回火脆性出现的温度范围正好与碳钢回火时的第二个转变，即残余奥氏体转变的温度范围相对应而认为第一类回火脆性是残余奥氏体的转变引起的，因转变的结果将使塑性相奥氏体消失。这一观点能够很好地解释Cr、Si等元素将第一类回火脆性推向高温以及残余奥氏体量增多能够促进第一类回火脆性等现象。但对于有些钢来说，第一类回火脆性与残余奥氏体转变并不完全对应。故残余奥氏体转变理论不能解释各种钢的第一类回火脆性。
之后，残余奥氏体转变理论又一度为碳化物簿壳理论所取代。经电镜证实，在出现第一类回火脆性时，沿晶界有碳化物薄壳形成，据此认为第一类回火脆性是由碳化物薄壳引起的。沿晶界形成脆性相能引起脆性沿晶断裂这已是公认的了。问题是所观察到的碳化物薄壳究竟是怎样形成的。
低、中碳钢淬火后得到板条马氏体以及沿板条条界分布的碳含量高的薄壳状残余奥氏体。低温回火时，在碳含量低于0.2％的板条马氏体内只发生碳的偏聚而不析出碳化物，而碳含量高于0.2％的马氏体则有可能在马氏体内部均匀弥散析出亚稳过渡碳化物。
当回火温度超过200℃后，在低碳马氏体中也有可能析出细针状碳化物。与此同时，还将在板条马氏体条界形成θ-碳化物的核并长成条片状θ-碳化物。这一θ-碳化物的形成既依靠残余奥氏体的分解，也依靠马氏体内已析出的弥散的亚稳过渡碳化物及细针状θ-碳化物的回溶。这种条片状θ-碳化物即电镜下观察到的薄壳状碳化物。由此可见，对于在板条界有较多高碳残余奥氏体的钢料来说，残余奥氏体转变理论与碳化物薄壳理论是一致的。
高碳马氏体在200℃以下回火时就已有亚稳过渡碳化物在片状马氏体内部
弥散析出，而当回火温度高于200℃时将在富碳孪晶界面析出条片状Χ及θ-碳化物。与此同时，已经析出的θ-碳化物将回溶。分布在同一个孪晶界面上的条片状Χ及θ-碳化物将连成碳化物片，故断裂易于沿这样的面发生，使钢料脆性增加。
回火温度进一步提高时，薄片状碳化物通过破裂、聚集、长大而成为颗粒状碳化物，故使脆性下降，冲击韧性升高。
还有一种理论为晶界偏聚理论。即在奥氏体化时杂质元素P、Sn、Sb、As
等将偏聚于晶界。杂质元素的偏聚引起晶界弱化而导致沿晶脆断。杂质元素在奥
氏体晶界的偏聚已用俄歇(Auger)电子谱仪及离子探针得到证实。第二类元素能够促进杂质元素在奥氏体晶界的偏聚，故能促进第一类回火脆性的发展。第三类元素能阻止杂质元素在奥氏体晶界的偏聚，故能扼制第一类回火脆性的发展。
由于采用了俄歇电子谱仪及离子探针等探测表面薄层化学成分的仪器，杂质元素偏聚于奥氏体晶界这一事实已为大家所确认。杂质元素偏聚于晶界能使晶界弱化也是大家公认的。晶界偏聚理论的困难在于偏聚是在奥氏体化时而不是在200～350℃之间回火时形成的，为什么这一偏聚仅仅使200～350℃回火后的脆性增加，这是需要回答的一个问题。我们认为，如果将晶界偏聚理论与上述理论合并在一起考虑，这一困难就不难解决。可以认为，杂质元素在奥氏体晶界的偏聚降低了晶界强度，而碳化物薄壳在板条马氏体条界及奥氏体晶界的形成又进一步降低了奥氏体晶界的强度，故使经200～350℃回火后的断裂易于沿奥氏体晶界发生。
如果断裂不是沿晶而是穿晶解理，则可以认为此时沿奥氏体晶界的偏聚不严重且沿晶内某晶面有碳化物析出，如在{112}r面上析出Χ及θ-碳化物，故断裂将沿晶内碳化朝薄片发生。
在弄清楚第一类回火脆性形成机制后就不难理解第一类回火脆性的不可逆性。
3.防止第一类回火脆性的方法
目前，尚不能完全消除第一类回火脆性。但根据第一类回火脆性的形成机理可以采取以下一些措施来减轻第一类回火脆性。
1)降低钢中杂质元素含量；
2)用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等元素以细化奥氏体晶粒；
3)加入Mo、W等能减轻第一类回火脆性的合金元素；
4)加入Cr、Si以调整发生第一类回火脆性的温度范围，使之避开所需的回火温度；
5)采用等温淬火代替淬火加高温回火。
(二)第二类回火脆性
在450～650℃之间回火时出现的第二类回火脆性又称高温回火脆性。由于第二类回火脆性与中碳合金结构钢，尤其是大截面用钢如转子钢的性能密切有关，因此自百年前被发现以来一直受到人们重视。有关这一问题的综述性论文已不在少数。
1.第二类回火脆性的主要特征
第二类回火脆性的一个重要特征是除了在450～650℃之间回火时会引起脆性外，在较高温度回火后缓慢通过450～650℃的脆性发展区也会引起脆化，即所谓缓冷脆化。如高温回火后快冷通过脆性发展区则不引起脆化。
最早发现的是缓冷脆化，以后才注意到450～650℃之间的等温脆化。通常将缓冷脆化与等温脆化作为同一种脆化考虑。但也有人认为应将缓冷脆化与等温脆化区别开，因为二者的机理不同。看来比较合理的观点是缓冷脆化与较短时间的等温脆化是同一种脆化，而长达数百小时的等温脆化则是另一回事。
第二类回火脆性的另一个重要特征是在脆化以后(包括缓冷脆化及部分等温脆化)，如再重新加热到650℃以上，然后快冷至室温，则可消除脆化。在脆化消除以后还可再次发生脆化(包括缓冷脆化及等温脆化)。这表明第二类回火脆性是可逆的，故又可称之为可逆回火脆性。
第二类回火脆性可以使室温冲击韧性αk显著下降，冷脆转化温度50％FATT 显著升高。出现第二类回火脆性时，断口呈沿晶断裂。
第二类回火脆性的脆化程度可以用冲击韧性αk的下降程度及冷脆转化温度50％FATT的升高程度来表示。用αk的下降表示时可以采用回火脆性敏感系数α：
α=ακ/ακ脆
式中ακ——非脆化状态的冲击韧性值；
ακ脆——脆化状态的冲击韧性值。
用冷脆转化温度50％FATT的升高表示时，可以采用回火脆度△FATT：
△FATT=50％FATT脆-50％FATT
式中50％FATT——非脆化状态的冷脆转化温度，
50％FATT脆——脆化状态的冷脆转化温度。
α愈趋近于l，△FATT愈趋近于零，脆化程度愈低，亦即对第二类回火脆性愈不敏感。
2.影响第二类回火脆性的因素
(1)化学成分的影响
钢的化学成分是影响第二类回火脆性的最重要的因素。可以按作用的不同将存在于钢中的元素分成三类：
1)杂质元素。属于这一类的元素有P、Sn、Sb、As、B、S等。第二类回火脆性是由这些杂质元素引起的。但当钢中不含Ni、Cr、Mn、Si等合金元素时杂质元素的存在不会引起第二类回火脆性。如一般碳钢就不存在第二类回火脆性。当杂质元素含量在0.00×％至0.0×％的范围内时即可引起脆化。但以那一种杂质元素的脆化作用最大到目前为止还无定论。文献总结了有关资料后指出，杂质元素的作用与钢料的成分有关。在Ni-Cr钢中以Sb的作用最大，Sn次之；在Cr-Mn 钢中则以P的作用最大，Sb、Sn次之。对于低碳钢，P的作用比Sn大，对于中碳钢，Sn的作用比P大。
2)促进第二类回火脆性的合金元素。属于这一类的元素有Ni、Cr、Mn、Si、C等。这类元素单独存在时也不会引起第二类回火脆性，必须与杂质元素同时存在时才会引起第二类回火脆性。当杂质元素含量一定时，这类元素含量愈多，脆化愈严重。当钢中仅含一种这类元素时，脆化能力以Mn最高，Cr次之，Ni再次之。当Ni含量小于1.7％时不引起脆化。当两种以上的元素同时存在时，脆化作用更大。在含P 0.05％、C 0.2％的钢中加入Cr、Ni、Mn等得出，按脆化能力，Mn 1％+Cr 2％>Mn1％+Ni 3％；Ni 3％+Mn1％>Ni 3％+Cr 2％。由此可见，两种元素同时加入时，也是以Mn的脆化作用最大，Ni最小。
3)扼制第二类回火脆性的元素。属于这一类的元素有Mo、W、V、Ti。往钢中加入这类元素可以扼制和减轻第二类回火脆性。这类元素的加入量有一最佳值。超过最佳值后，扼制效果变坏。如Mo的最佳加入量为0.5～0.75％。因此，Mo含量超过最佳值后，随Mo含量增加，△FATT也增加。W的扼制作用较Mo小，为达到同样扼制效果，W的加入量应为Mo的2～3倍。稀土元素La，Nb、Pr等也能扼制第二类回火脆性。
(2)热处理工艺参数的影响
在450～650℃温度范围内回火引起的第二类回火脆性的脆化速度及脆化程度均与回火温度及时间密切有关。温度一定时，随等温时间延长，50％FATT升高，△FATT增加。在550℃以下，脆化温度愈低，脆化速度愈幔，但能达到的脆化程度愈大。550℃以上，随等温温度升高，脆化速度变慢，能达到的脆化程度进一步下降。上述关系可以用脆化动力学图表示。由动力学图可以看出，脆化过程是一个扩散过程。
但等温脆化过程较过冷奥氏体等温转变过程复杂。在有些钢中，随等温时间进一步延长，脆化程度有可能反而减弱，出现所谓过时效现象。
缓冷脆化不仅与回火温度及时间有关，更主要的是与回火后的冷速有关。冷速的影响同样也反映了脆化过程是一个扩散过程。如等温脆化与缓冷脆化的机制相同，则两者之间必然存在一定的联系。可以把缓冷脆化看成是在各个温度下的短时等温脆化的综合结果。
(3)组织因素的影响
与第一类回火脆性不同，不论钢具有何种原始组织均有第二类回火脆性，但以马氏体的回火脆性最严重，贝氏体次之，珠光体最轻。这表明第二类回火脆性主要不是由于马氏体的分解及残余奥氏体的转变引起的。
第二类回火脆性还与奥氏体晶粒度有关，奥氏体晶粒愈细，第二类回火脆性愈轻。
3.第二类回火脆性形成机理
由以上所述可见，已经观察到的有关第二类回火脆性的表面现象相当复杂。企图用一种理论来解释全部现象显然是很困难的。很可能引起脆化的原因不止一个。如短时等温脆化与长时等温脆化就很可能是由两种不同的脆化机制引起的。这里我们只能就最主要的现象对缓冷脆化及短时等温脆化进行讨论。
第二类回火脆性的主要特征是：
1)是一种晶界脆化；
2)脆化与温度有关，脆化需要时间，脆化动力学具有C形曲线征；
3)与钢料化学成分密切有关；
4)脆化过程具有可逆性；
5)原始组织为贝氏体与珠光体时也能发生脆化。
从上述五个主要特征来看，第二类回火脆性的脆化过程必然是一个受扩散控制的发生于晶界的能使晶界弱化的与马氏体及残余奥氏体无直接关系的可逆过程。看来这种可逆过程只可能有两种情况，即溶质原子在晶界的偏聚与消失以及脆性相沿晶界的析出与回溶。到目前为止，已经提出了各种各样的脆化模型，但归纳起来不外是析出理论或偏聚理论。
(1)析出理论
最早提出的是碳化物、氧化物、磷化物等脆性相沿晶界析出的理论。这一理论所依据的原理是脆性相在α—Fe中的溶解度随温度下F降而减小(如Fe—Fe3C 状态图中的PQ线)。在回火后的缓冷过程中脆性相沿晶界析出而引起脆化。温度升高时，脆性相重新回溶而使脆性消失。这一理论可以解释回火脆的可逆性，也可以解释脆化与原始组织无关的现象；但不能解释等温脆化以及化学成分的影响，而且也一直未能找到与脆化对应的脆性相。
之后主张析出理论的又提出在回火后的冷却过程中碳化物是在α相内的位错线上析出的。由于位错被微细的碳化物所钉扎，故使钢变脆。但析出位置的改变仍然不能解释成分的影响及等温脆化。
(2)偏聚理论
近年来，由于俄歇电子谱仪以及离子探针等探测表面极薄层化学成分的新技术的发展，已经证明沿原奥氏体晶界5～10 A的薄层内确实偏聚了某些合金元素及杂质元素，且杂质元素的偏聚与第二类回火脆性有良好的对应关系。致使偏聚理论占了上风，得到多数人的承认。
到目前为止，已经提出了好几种偏聚理论。最先是Mclean提出的平衡偏聚理论，认为回火时由于内吸附而使杂质原子偏聚于晶界，引起脆性。平衡偏聚理论的致命弱点是没有考虑合金元素的作用，前面已经提到，仅仅含有杂质元素的碳钢没有第二类回火脆性。另外平衡偏聚理论也无法解释为甚么P含量低于溶解度时就能引起脆化capus针对平衡偏聚理论的弱点，提出了二重偏聚理论。认为能促进第二类回火脆性的合金元素在奥氏体化时由于内吸附而偏聚于奥氏体晶界，之后在脆化温度回火时，由于合金元素与杂质原子的亲和力大，故将杂质原子吸引至晶界而引起脆化。但Mo也是内表面活性物质，也应在奥氏体化时偏于晶界，且与杂质元素的亲和力也很大，为甚么Mo不仅不促进脆化，反而能扼制脆化。对此capus等曾作了解释。但二重偏聚理论的致命弱点是至今仍未能用实验方法证实合金元素在奥氏体化时的偏聚。Guttmann又提出了三元固溶体的平衡偏聚理论，即铁、合金元素(Ni、Cr、Mn等)与杂质元素(P、Sn、Sb、As等)形成三元固溶体时的平衡偏聚。认为合金元素是在回火时向晶界偏聚的，在偏聚的同时将杂质原予带至晶界引起脆化。由于合金元素与杂质元素之间的亲和力的不同，有可能出现三种情况，一种是亲和力不大时，杂质原子不能被带至晶界，故不会引起脆化；第二种是亲和力适中，杂质原子被带至晶界，引起脆化；第王种是亲和力很大，在晶内就形成稳定的化合物而析出，故能起净化作用而扼制回火脆性的发生，Mo就属于这种情况。近年来这一理论已得到了很大的发展。
另一个重要的偏聚理论是McMahon提出的非平衡偏聚理论。这一理论是在析出理论的基础上得出的。McMahon认为在脆化温度回火时沿晶界析出了Fe3C。由于杂质元素在Fe3C中的溶解度很小，故被排挤出Fe3C而偏聚于Fe3C周围，从而引起脆化。非平衡偏聚之名即由此而来。脆化后再在较高温度回火时由于杂质元素向α内部扩散以及部分碳化物的回溶而使脆性消失。再次缓冷时在α相的其他界面新析出的碳化物又将排挤出杂质元素而引起脆化。
4.防止第二类回火脆性的方法
根据以上所述，不难得出，第二类回火脆性可以通过下列措施加以防止。
1)降低钢中杂质元素；
2)加入能细化奥氏体晶粒的元素如Nb、V、Ti等以细化奥氏体晶粒，增加晶界面积，降低单位面积杂质元素偏聚量；
3)加入适量的能扼制第二类回火脆性的合金元素Mo、W等；
4)避免在450～650℃范围内回火，在650℃以上回火后应采取快冷。
除上述措施外，还可通过采用亚温淬火及锻造余热淬火等工艺来减轻或扼制第二类回火脆性。对于这两种工艺能扼制第二类回火脆性的机构还在探讨之中。
不要将韧脆转变温度和回火脆性混为一谈.
通俗地讲,韧脆转变温度就是降温到一定的程度,材料由韧性材料转变成脆性材料,这一点尤其是搞钢结构的设计人员需要注意,且必须考虑的问题.尤其是在深冷环境中的钢结构.
这种韧脆转变与回火脆性无直接关联,与热处理无关，是材料本身的特性。
金属材料学思考题答案2 绪论、第一章、第二章 1．钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类，各有什么特点？ 答：分为简单点阵结构和复杂点阵结构，前者熔点高、硬度高、稳定性好，后者硬度低、熔点低、稳定性差。 2．何为回火稳定性、回火脆性、热硬性？合金元素对回火转变有哪些影响？ 答： 回火稳定性：淬火钢对回火过程中发生的各种软化倾向（如马氏体的分解、残余奥氏体的分解、碳化物的析出与铁素体的再结晶）的抵抗能力 回火脆性：在200-350℃之间和450-650℃之间回火，冲击吸收能量不但没有升高反而显著下降的现象 热硬性：钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能 合金元素对回火转变的影响：①Ni、Mn影响很小，②碳化物形成元素阻止马氏体分解，提高回火稳定性，产生二次硬化，抑制C和合金元素扩散。③Si比较特殊：小于300℃时强烈延缓马氏体分解， 3．合金元素对Fe-Fe3C相图S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？ 答：凡是扩大奥氏体相区的元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni等； 凡是封闭奥氏体相区的元素均使S、E点向左上方移动，如Cr、Si、Mo等？ E点左移：出现莱氏体组织的含碳量降低，这样钢中碳的质量分数不足2％时就可以出现共晶莱氏体。S点左移：钢中含碳量小于0.77％时，就会变为过共析钢而析出二次渗碳体。 4．根据合金元素在钢中的作用，从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能:40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo。 1）淬透性：40CrNiMo 〉40CrMn 〉 40CrNi 〉 40Cr 2）回火稳定性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉 40CrMn 〉 40Cr 3）奥氏体晶粒长大倾向：40CrMn 〉 40Cr 〉 40CrNi 〉 40CrNiMo 4）韧性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉40Cr〉40CrMn (Mn少量时细化组织) 5）回火脆性： 40CrMn 〉40CrNi> 40Cr 〉40CrNiMo 5.怎样理解“合金钢与碳钢的强度性能差异，主要不在于合金元素本身的强化作用，而在于合金元素对钢相变过程的影响。并且合金元素的良好作用，只有在进行适当的热处理条件下才能表现出来”？从强化机理和相变过程来分析（不是单一的合金元素作用） 合金元素除了通过强化铁素体，从而提高退火态钢的强度外，还通过合金化降低共析点，相对提高珠光体的数量使其强度提高。其次合金元素还使过冷奥氏体稳定性提高，C曲线右移，在相同冷却条件下使铁素体和碳化物的分散度增加，从而提高强度。 然而，尽管合金元素可以改善退火态钢的性能但效果远没有淬火回火后的性能改变大。 除钴外，所有合金元素均提高钢的淬透性，可以使较大尺寸的零件淬火后沿整个截面得到均匀的马氏体组织。大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的倾向（Mn除外），从而细化晶粒，使淬火后的马氏体组织均匀细小。
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。有的元素单独存在时影响不大，如Ni。但当Ni与Si同时存在时则也能促进第一类回火脆性的发展。部分合金元素还能将笫一类回火脆性推向较高的温度，如Cr与Si。 3)减弱第一类回火脆性的元素。属于这一类的合金元素有Mo、W、Ti、A l 等。钢中含有这一类合金元素时第一类回火脆性将被减弱。在这几种合金元素中以Mo的效果最显著。
课后习题（简答题）整理 （注：此内容仅供参考，如有疑义请自行查证) 习题一：金属固态相变基础 1、金属固态相变有哪些主要特征？ ①相界面特殊（不同类型，具有不同界面能和应变能）②新旧相之间存在一定位向关系与惯习面③相变阻力大（弹性应变能作用）4.易产生过渡相（降低形核功）5.晶体缺陷的影响（提供驱动力） 6.原子的扩散 2、哪些因素构成固态相变阻力？哪些构成相变驱动力？ 固态相变的阻力：弹性应变能和界面能；相变驱动力：新旧两相的自由能差和新相自由能较低 3、金属固态相变主要有哪些变化？ 内部组织或结构；有序化程度 4、固态相变的过程中形核和长大的方式是什么？ 形核：均匀形核；非均匀形核：①晶界形核②位错形核③空位形核。新相晶核的长大，实质是界面向母相方向的迁移。 5、固态相变的长大速度受什么控制？ 无扩散型相变受控于界面过程；扩散型相变成分不变时长大速度主要受控于界面过程，成分改变时长大速度取决于扩散过程 6、C曲线为何呈“C”型（存在鼻点）？ ①过冷奥氏体转变速度取决于转变驱动力和扩散能力，而△T↑，△G ↑，D↓。 ②在A1～550℃区间,随过冷度增大,原子扩散较快,转变速度较快。 ③550℃以下,随过冷度增大,原子扩散速度越来越慢,因而转变速度减慢。 7.影响C曲线的因素有哪些？ 1.含碳量； 2.合金元素； 3.奥氏体晶粒尺寸； 4.原始组织、加热温度和保温时间； 5. 奥氏体塑性变形 习题二：钢中奥氏体的形成 1.热处理的条件：（1）有固态相变发生的金属或合金（2）加热时溶解度有显著变化的合金 为什么钢可以进行热处理？ ①α→γ固态相变﹄有相变重结晶 ②C溶解度显著变化﹄可固溶强化
第一类回火脆性又称不可逆回火脆性，低温回火脆性，主要发生在回火温度为250～400℃。 特征（1）具有不可逆性；（2）与回火后的冷却速度无关；（3）断口为沿晶脆性断口。 产生的原因三种观点：（1）残余A转变理论2）碳化物析出理论（3）杂质偏聚理论防止方法：无法消除,不在这个温度范围内回火，没有能够有效抑制产生这种回火脆性的合金元素（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A晶粒；（3）加入Mo、W等可以减轻；（4）加入Cr、Si调整温度范围（推向高温）；（5）采用等温淬火代替淬火回火工艺。 第二类回火脆性又称可逆回火脆性，高温回火脆性。发生的温度在400～650℃。 特征：（1）具有可逆性；（2）与回火后的冷却速度有关；回火保温后，缓冷出现，快冷不出现，出现脆化后可重新加热后快冷消除。（3）与组织状态无关，但以M的脆化倾向大；（4）在脆化区内回火，回火后脆化与冷却速度无关；（5）断口为沿晶脆性断口。 影响第二类回火脆性的因素：（1）化学成分（2）A晶粒大小（3）热处理后的硬度产生的机理：（1）出现回火脆性时，Ni、Cr、Sb、Sn、P等都向原A晶界偏聚，都集中在2~3个原子厚度的晶界上，回火脆性随杂质元素的增多而增大。Ni、Cr不仅自身偏聚，而且促进杂质元素的偏聚。（2）淬火未回火或回火未经脆化处理的，均未发现合金元素及杂质元素的偏聚现象。（3）合金元素Mo能抑制杂质元素向A晶界的偏聚，而且自身也不偏聚。以上说明：Sb、Sn、P等杂质元素向原A晶界偏聚是产生第二类回火脆性的主要原因，而Ni、Cr不仅促进杂质元素的偏聚，且本身也偏聚，从而降低了晶界的断裂强度，产生回火脆性。 防止方法：（1）提高钢材的纯度，尽量减少杂质；（2）加入适量的Mo、W等有益的合金元素；（3）对尺寸小、形状简单的零件，采用回火后快冷的方法；（4）采用亚温淬火（A1~A3）：细化晶粒，减少偏聚。加热后为A+F（F为细条状），杂质会在F中富集，且F溶解杂质元素的能力较大，可抑制杂质元素向A晶界偏聚。（5）采用高温形变热处理，使晶粒超细化，晶界面积增大，降低杂质元素偏聚的浓度。 扩展阅读：1姜江等．材料工程基础．山东大学出版社，2007 2刘宗昌等．金属固态相变教程．冶金工业出版社，2003
一、名词解释： 1热强性：在室温下,钢的力学性能与加载时间无关,但在高温下钢的强度及变形量不但与时间有关,而且与温度有关,这就是耐热钢所谓的热强性; 2形变热处理：是将塑性变形同热处理有机结合在一起,获得形变强化和相变强化综合效果的工艺方法; 3热硬性：热硬性是指钢在较高温度下,仍能保持较高硬度的性能; 4固溶处理：指将合金加热到高温单相区恒温保持,使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却,以得到的热处理工艺; 5回火脆性：是指回火后出现韧性下降的; 6二次硬化：某些铁碳合金如高速钢须经多次回火后,才进一步提高其硬度; 7回火稳定性：在时,抵抗强度、硬度下降的能力称为回火稳定性; 8淬硬性：指钢在淬火时硬化能力,用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示; 9水韧处理：将钢加热至奥氏体区温度1050-1100℃,视钢中碳化物的细小或粗大而定并保温一段时间每25mm壁厚保温1h,使铸态组织中的碳化物基本上都固溶 到奥氏体中,然后在水中进行淬火,从而得到单一的奥氏体组织; 10分级淬火：将奥氏体状态的工件首先淬入温度略高于钢的Ms点的盐浴或碱浴炉中保温,当工件内外温度均匀后,再从浴炉中取出空冷至室温,完成马氏体转 变; 11临界淬火冷却速度：是过冷奥氏体不发生分解直接得到全部马氏体含残留奥氏体的最低冷却速度; 12季裂：它指的是经冷变形后的金属内有拉伸应力存在又处于特定环境中所发生的断裂; 13奥氏体化：将钢加热至临界点以上使形成奥氏体的金属热处理过程; 14本质晶粒度：本质晶粒度用于表征钢加热时晶粒长大的倾向; 二、简答： 1 何为奥氏体化简述共析钢的奥氏体化过程; 答：1、将钢加热至临界点以上使形成奥氏体的金属热处理过程; 2、它是一种扩散性相变,转变过程分为四个阶段; 1形核;将珠光体加热到Ac1以上,在铁素体和渗碳体的相界面上奥氏体优先形核;珠光体群边界也可形核;在快速加热时,由于过热度大,铁素体亚边界也能形核; 2长大;奥氏体晶粒长大是通过渗碳体的溶解、碳在奥氏体和铁素体中的扩散和铁素体向奥氏体转变;为了相平衡,奥氏体的两个相界面自然地向铁素体和渗碳体两 个方向推移,奥氏体便不断长大; 3残余渗碳体的溶解;铁素体消失后,随着保温时间的延长,通过碳原子扩散,残余渗碳体逐渐溶入奥氏体; 4奥氏体的均匀化;残余渗碳体完全溶解后,奥氏体中碳浓度仍是不均匀的;只有经长时间的保温或继续加热,让碳原子进行充分地扩散才能得到成分均匀的奥氏体; 2 奥氏体晶粒大小对冷却转变后钢的组织和性能有何影响简述影响奥氏体 晶粒大小的因素;
金属的脆性、成因及对策 工程构件在韧性、塑性指标值较低的时候即表现为脆性。脆性失效往往没有征兆，危害却常常是灾难性的，所以应该尽量避免构件材料的脆性。 与热处理有关的材料脆性有：回火脆性、低温脆性、氢脆、σ脆性和电镀脆性等。本文分别阐述其成因及对策。 一、回火脆性 钢件淬火成马氏体后，在回火过程中，随着回火温度的升高，硬度和强度降低，塑性和韧性提高。但是在有些情况下，在某一回火温度区间，韧性指标随回火温度的变化曲线存在低谷，表现出脆性现象。如图1所示。
▲图1结构钢的回火脆性示意图 图中有两个低谷，一个在200~400℃温度区间，这类回火脆性在碳钢和合金钢中均会出现，它与回火后的冷却速度无关，也就是说只要在这个温区内回过火，脆性都无法避免。这种回火脆性称为第一类回火脆性，也称为不可逆回火脆性。另一类发生在某些合金结构钢中，这些钢在下面情况下发生脆化： ①高于600℃温度下回火，而在450~550℃温度区间冷却缓慢。 ②直接在450℃~550℃温度区间加热回火。 解决办法是，重新加热至600℃以上温度回火，回火后快速冷却（注：尽量避免在450~550℃区间回火）。 这种回火脆性称为第二类回火脆性。 1.1第一类回火脆性 这类脆性，其程度用夏比冲击吸收功的低谷大小进行评定。应该指出的是：钢的各类力学性能指标对第一类回火脆性具有不同的敏感程度，并与载荷方式有关。强度指标对回火脆性敏感度较小，塑性指标对回火脆性敏感程度较大，扭转与冲
击载荷对回火脆性敏感程度大，而拉伸和弯曲应力对回火脆性敏感程度较小。因此，对于应力集中比较严重、冲击载荷大或者受扭转载荷的工件，要求较大的塑性、韧性和强度相配合时，第一类回火脆性应该按照一种热处理缺陷对待。但对于应力集中不严重、承受拉伸、压缩或弯曲应力的工件，例如某些冷变形工模具，其使用寿命主要取决于疲劳裂纹的萌生而不是裂纹扩展抗力。所以这种场合下并不一定把第一类回火脆性视为必须避免的热处理缺陷，有时候甚至可以利用该温度回火出来的强度（硬度）峰值，来达到发挥材料潜力、延长使用寿命的目的。 1.1.1第一类回火脆性机理 现在已经发现，钢的第一类回火脆性与残余奥氏体的转变、马氏体分解时沿晶界析出薄膜状渗碳体以及S、P、N等杂质元素在晶界的偏聚有关。产生第一类回火脆性时，往往也伴随着晶间断裂倾向的增大，但有些钢也在第一类回火脆性区观察到穿晶解理或马氏体板条间解理的方式断裂。这表明第一类回火脆性机理随具体钢种而异。第一类回火脆性机理如图2所示。
回火脆性！ 回火 tempering 将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理。钢铁工件在淬火后具有以下特点：①得到了马氏体、贝氏体、残余奥氏体等不平衡（即不稳定）组织。②存在较大内应力。③力学性能不能满足要求。因此，钢铁工件淬火后一般都要经过回火。 作用回火的作用在于：①提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。②消除内应力，以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。③调整钢铁 的力学性能以满足使用要求。 回火之所以具有这些作用，是因为温度升高时，原子活动能力增强，钢铁中的铁、碳和其他合金元素的原子可以较快地进行扩散，实现原子的重新排列组合，从而使不稳定的不平衡组织逐步转变为稳定的平衡组织。内应力的消除还与温度升高时金属强度降低有关。一般钢铁回火时，硬度和强度下降，塑性提高。回火温度越高，这些力学性能的变化越大。有些合金元素含量较高的合金钢，在某一温度范围回火时，会析出一些颗粒细小的金属化合物，使强度和硬度上升。 这种现象称为二次硬化。 要求用途不同的工件应在不同温度下回火，以满足使用中的要
求。①刀具、轴承、渗碳淬火零件、表面淬火零件通常在250℃以下进行低温回火。低温回火后硬度变化不大，内应力减小，韧性稍有提高。②弹簧在 350～500℃下中温回火，可获得较高的弹性和必要的韧性。③中碳结构钢制作的零件通常在500～600℃进行高温回火，以获得适宜的强度与韧性的良好配合。淬火加高温回火的热处理工 艺总称为调质。 钢在300℃左右回火时，常使其脆性增大，这种现象称为第一类回火脆性。一般不应在这个温度区间回火。某些中碳合金结构钢在高温回火后，如果缓慢冷至室温，也易于变脆。这种现象称为第二类回火脆性。在钢中加入钼，或回火时在油或水中冷却，都可以防止第二类回火脆性。将第二类回火脆性的钢重新加热至原来的回火温 度，便可以消除这种脆性。 ________________________________________ 回火 tempering 将淬火成马氏体的钢加热到临界点A1以下某个温度，保温适当时间，再冷到室温的一种热处理工艺。回火的目的在于消除淬火应力，使钢的组织转变为相对稳定状态。在不降低或适当降低钢的硬度和强度的条件下改善钢的塑性和韧性，以获得所希望的性能。中碳和高碳钢淬火后通常硬度很高，但很脆，一般需经回火处理才能使用。钢中的淬火马氏体，是碳在α-Fe中的过饱和固溶体,具有体心正方结构，其正方度c/a随含碳量的增加而增大(c/a=1+0.045wt％C)。马氏
关于钢中的脆 冷脆：某些钢在低温时，其塑、韧性显著下降的现象。 回火脆性：一般而言，淬火钢回火时，其机械性能变化的基本规律是随回火温度升高，强度降低而塑韧性提高。但有些合金钢在某一温度范围回火时，其冲击韧度反而明显低于其在较低温度回火时的数值，这种随回火温度升高而冲击值下降的现象称为回火脆性。 蓝脆：钢在300℃上下时，由于应变时效，其塑性及韧性降低或基本上消失的现象。 冷脆：某些钢在低温时，其塑、韧性显著下降的现象。 铝脆性：在用铝处理的细晶粒钢中，当奥氏体晶界上存在有氮化铝（AlN）时，钢的变形能力在800~1000℃的加工区间内显著地降低而呈现热脆性。这时，必须在比这个温度区间更高的温度下进行加工或者先在这个温度区间以上加热使氮化铝固溶之后，再降至所规定的温度下进行加工。据说，向钢中加入0.02％以下的钛以使氮得到固定便可消除铝脆性。 氢脆：由于吸收和固溶氢原子而导致的脆性。习惯上把氢对钢的物理作用（氢溶解于金属中形成固溶体，氢原子在金属的缺陷中形成氢分子等）所引起的损伤叫钢的氢脆；而把氢与钢的化学作用（如氢与金属作用生成氢化物，氢与金属中的第二相作用生成气体产物等）引起的损伤叫氢腐蚀。 热脆：热脆有如下两种定义和解释： （1）金属在热加工变形温度范围内变脆的现象。具体讲，对钢而
言，硫在钢中与铁形成FeS，其熔点为1190℃，FeS与Fe形成低熔点共晶体（熔点为989℃），分布在奥氏体晶界上，由于钢材的热压力加工温度均高于此共晶温度，故一经锻、轧，钢就会沿晶界碎裂，这种现象称为钢的热脆或红脆，也有称之为硫脆的。 （2）金属在较高温度长期停留或使用时，由于某些元素在晶界的析集和析出新相而变脆的现象。或氧化物脆性的，但不管材质如何，通常约在900℃以上的高温区，这两种脆性的差别便消失了。含硫量越高的钢，脆性温区越向高温区方向扩展，而且在高温区的回复也消失了。为了消除这类脆性，可用锰进行充分的脱氧和脱硫。 热脆性：如果晶界上存在有脆弱的硫化物或氧化物，在锻造时就会沿晶界发生开裂。有把这类现象分别称作硫化物脆性酸脆：由于酸洗以致氢原子扩散到钢内而导致的氢脆。 相变脆性：这种脆性就是低碳钢在A3点（900℃）附近所发生的延伸率和断面收缩急剧降低的现象。一般认为，这是由于铁素体与铁素体中所形成的奥氏体具有不同变形抗力而在奥氏体中发生开裂造成的。为了避免产生相变脆性，最好采用加工温度范围的上限。
E级钢的回火脆性研究 刘海德 【摘要】E级钢( ZG25 MnCrNiMo)是货车车钩用材料.由于该钢具有高温回火脆性,在实际生产中冲击性能经常不合格,本文主要针对E级钢的回火脆性进行简要分析,提出解决方案. 【期刊名称】《热处理技术与装备》 【年(卷),期】2011(032)006 【总页数】3页(P22-23,28) 【关键词】E级钢;车钩;回火脆性 【作者】刘海德 【作者单位】南车眉山车辆有限公司,四川眉山620032 【正文语种】中文 【中图分类】TG156.5 E级钢是美国AAR-M-201-92标准规定的钢种，其牌号为:ZG25MnCrNiMo，化学成分见表1。E级钢是一种低合金铸钢，是我国货车车钩用主要材质。实际生产中该材料的性能，尤其是冲击性能很不稳定，经常导致铸钢件返修甚至报废。 表1E级钢化学成分(质量分数%)Table 1 Chemical composition of E-grade steel(ω%)Si Mn P S Cr Ni Mo Cu 0．22 ～0．28 0．20 ～0．40 1．20 ～1．50 ≤0．030 ≤0．030 0．40 ～0．60 0．35 ～0．55 0．20 ～
0．30 ≤0．30 C 表2为实际生产中E级钢经过调质(910℃水淬，590℃回火)后检测的力学性能， 由表中可以看出其冲击功远低于标准规定的27 J。 镍、铬、锰低合金钢的回火脆性已被人们所公认，E级钢作为含Cr、Ni、Mn的 低合金铸钢具有高温回火脆性，造成E级钢冲击功不合格是高温回火脆性所引起的。 表2 实际生产中E级钢的力学性能Table 2 Mechanical properties of E-grade steel in actual production编号 Rm/MPa ReL/MPa A4/% Z/% AKV(－40℃)/J标准≥830 ≥690 ≥14 ≥30 ≥27 1 911 821 15 45 11、12、13 2 894 786 18 51 22、21、20 3 877 770 17 50 17、19、17 1 回火脆化现象的特征及机理 1．1 回火脆化现象 淬火钢材在特定温度区回火时，或在该温度缓慢冷却时候，冲击值有显著下降的现象，这就是回火脆性，根据脆化的温度可分为3类: (1)低温回火脆性，只是在200～400℃将淬火组织回火时，才出现的不可逆脆性。 (2)高温回火脆性，在300～600℃出现的可逆脆性。 (3)在组织变化的同时所产生的脆性，主要是在650℃以上高温条件下超温回火所 出现的现象，即所谓的消除应力热处理脆化现象，是不可逆的。 一般说的回火脆性指的是上文中的可逆高温回火脆性，回火脆化有损于低合金的韧性。 1．2 E级钢回火脆化特征 (1)抗拉强度没有变化。 (2)产生回火脆化的原因是由于P、Sn、As、Sb等微量不纯元素和合金元素向原奥氏体晶界偏析，使晶界结合力下降所致。Si和Mn是促进脆化作用的元素。
钢的回火知识 1.回火的定义与目的 钢件在淬火状态下有以下三个主要特征。 （1）组织特征 根据钢件尺寸、加热温度、时间、转变特征及利用的冷却方式，钢件淬火后的组织主要由马氏体或马氏体＋残余奧氏体组成，此外，还可能存在一些未溶碳化物。马氏体和残余奥氏体在室温下都处于亚稳定状态，它们都有向铁衆体加渗碳体的稳定状态转化的趋势。 （2）硬度特征 由碳原子引起的点阵畸变通过硬度表示出来，它随过饱和度（即含碳量)的增加而增加。淬火组织硬度、强度高，塑性、韧性低。 （3）应力特征 包括微观应力和宏现应力，前者与碳原子引起的点阵畸变有关，尤其是与髙碳马氏体达到最大值有关，说明淬火时马氏体处于紧张受力状态之中；后者是由于淬火时横截面上形成的温差而产生的，工件表面或心部所处的应力状态是不同的，有拉应力或压应力，在工件内部保持平衡。如不及时消除淬火钢件的内应力，会引起零件的进一步变形乃至开裂。 综上所述，淬火工件虽有髙硬度与髙强度，但跪性大，组织不稳定，且存在较大的淬火内应力，因此必须经过回火处理才能使用。一般来说，回火工艺是钢件淬火后必不可少的后续工艺，它也是热处理过程的最后一道工序，它賦予工件最后所需要的性能。 回火是将淬火钢加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。它的主要目的为： •（1）合理地调整钢的硬度和强度，提高钢的韧性，使工件满足使用要求； ‚（2）稳定组织，使工件在长期使用过程中不发生组织转变，从而稳定工件的形状与尺寸； （3） 降低或消除工件的淬火内应力，以减少工件的变形，并防止开裂。 2.淬火钢回火时的组织转变 淬火钢件回火时，按回火温度的髙低和组织转变的特征，可将钢的回火过程分为以下5个阶段。 （1）马氏体中碳原子的偏聚 马氏体是C在α-Fe中的过饱和间隙固溶体，C原子分布在体心立方的扁八面体间隙 之中，造成了很大的弹性畸变，因此升高了马氏体的能量，使之处于不稳定的状态。 在100℃以下回火时，C、N等间隙原子只能短距离扩散迁移，在晶体内部重新分布 形成偏聚状态，以降低弹性应变能。对于板条马氏体，因有大量位错，C原子便偏聚于位错线附近，所以淬火钢在室温附近放置时，碳原子向位错线附近偏聚。对于片状马氏体，C原子则偏聚在一定晶面上，形成薄片状偏聚区。这些偏聚区的含碳量高于马氏体的平均含碳量，为碳化物的析出创造了条件。
脆性转变温度 性－脆性转变温度 g-cuixing zhuanbian wendu韧性－脆性转变温度 ductile-brittle transition temperature 金属材料从韧性状态状态的温度（），也称延性-脆性转变温度或塑性-脆性... -脆性转变 性转变(ductile-brittle transition)金属塑性随温度下降转变为脆性的行为。发生塑-脆性转变时的温度称为转折越低，表明材料断裂韧性越好。拉伸和冲击试验时材料断口内纤维断口面积与断口总面积的百分比，是... 么是钢材的脆性转变温度过？ 钢材'>钢材的脆性转变温度'>温度过？当温度'>温度低于某一数值时，某些金属的塑性（特别是冲击韧性）会明显性，这一温度称为该种钢材'>钢材的脆性转变温度。也称无韧性或无塑性温度。实际上就是韧脆转变温度。脆性转. 么是钢材的脆性转变温度过？ 钢材的脆性转变温渡过？当温度低于某一数值时，某些金属的塑性（出格是冲击韧性）会显著下降而显现脆性，这种钢材的脆性转变温度。也称无韧性或无塑性温度。现实上就是韧脆转变温度。脆性转变温度越低，说明钢材的抵高... 75℃脆性 钢及沉淀硬化钢中亦曾发现，但远不及高铬铁素体钢明显。铁素体钢的475℃脆性，随含铬量的增加，脆性转变温度需的加热时间缩短。Cr13钢的转变温度为400℃，Cr17为500℃。Cr17加热14天冲击值降低不大，Cr28短期... 脆性-韧性转变的用途是什么？ 韧性转变的英文名称或翻译是: brittle-ductile transition CAS号: 分子式: 概述说明、性质、作用及用途：为发生脆性和韧性方式变化的现象。升高温度时可以看到聚合物由脆性断裂转变为韧性...
冷脆转变温度 1. 引言 冷脆转变温度是指某些材料在低温下变得脆性，并且在一定温度范围内经历了由塑性到脆性的相变过程。这种相变会对材料的力学性能和工程应用产生重要影响。了解冷脆转变温度对于材料选择、制造和使用非常关键。 本文将介绍冷脆转变温度的概念，探讨其影响因素以及对材料性能的影响，并介绍一些常用的测试方法和预防措施。 2. 冷脆转变温度的概念 冷脆转变温度是指某些金属材料在低温下由塑性向脆性相变时所需达到的最低温度。在这个温度以下，材料会失去塑性，呈现出明显的脆性断裂特征。而在高于该温度时，材料仍然具有良好的塑性。 3. 影响因素 3.1 化学成分 化学成分是影响冷脆转变温度的重要因素之一。通常来说，含有大量碳、硫、磷等元素的金属材料更容易发生冷脆转变。这些元素会使晶界变得脆弱，导致材料在低温下易于断裂。 3.2 结晶结构 材料的结晶结构也对冷脆转变温度有一定影响。例如，在体心立方结构中，晶界容易发生断裂，因此体心立方结构的金属材料通常具有较低的冷脆转变温度。而面心立方结构和密排六方结构的金属材料则相对较高。 3.3 缺陷和应力 缺陷和应力是导致冷脆转变的主要原因之一。当材料存在内部缺陷或应力集中时，在低温下这些缺陷和应力将更容易导致断裂。 4. 冷脆转变对材料性能的影响 冷脆转变会显著影响材料的力学性能和工程应用。 4.1 强度和韧性 在低温下，材料失去塑性后，其强度会明显增加，但韧性却急剧下降。这意味着材料在冷脆转变温度以下容易发生断裂，而且断裂形式通常是脆性断裂。
4.2 压力容器和管道 冷脆转变对于压力容器和管道的安全性有重要影响。在低温下，如果材料发生冷脆转变，容器或管道可能会因为突然的断裂而引发事故。因此，在设计和使用压力容器和管道时，需要考虑冷脆转变温度以及采取相应的防护措施。 5. 测试方法 为了确定材料的冷脆转变温度，常用的测试方法包括： •Charpy V型缺口冲击试验：通过测量材料在低温下受到冲击时的断裂能量来评估其韧性。 •低温拉伸试验：测量材料在低温下的拉伸强度和延伸率，以确定其塑性和脆性特征。 •显微组织观察：通过金相显微镜观察材料在不同温度下的晶粒结构和晶界特征，来研究冷脆转变的机制。 6. 预防措施 为了避免冷脆转变对材料和工程结构的不利影响，可以采取以下预防措施： •选择合适的材料：在低温环境中使用具有较高冷脆转变温度的材料，如面心立方结构和密排六方结构的金属。 •控制化学成分：减少材料中碳、硫、磷等容易导致冷脆转变的元素含量。•消除缺陷和应力：在制造过程中加强质量控制，减少材料内部缺陷和应力集中。 •加热处理：通过热处理改善材料的晶界强度和韧性，提高其抗冷脆性能。 7. 结论 冷脆转变温度是金属材料在低温下由塑性向脆性相变所需达到的最低温度。它受到化学成分、结晶结构、缺陷和应力等多种因素的影响。冷脆转变会使材料失去塑性，并对强度、韧性以及压力容器和管道的安全性产生重要影响。为了避免冷脆转变的不利影响，可以通过选择合适的材料、控制化学成分、消除缺陷和应力以及加热处理等方式来进行预防。测试方法包括Charpy V型缺口冲击试验、低温拉伸试验和 显微组织观察等。对于工程设计和使用，了解冷脆转变温度对于确保材料的安全可靠性至关重要。
韧脆转变温度 韧脆转变温度是指物质在加热或冷却过程中从韧性状态转变为 脆性状态的温度。这个概念在材料科学中非常重要，因为它可以帮助我们了解材料的性质和行为，并且在制造和设计材料时提供重要的信息。本文将探讨韧脆转变温度的基本概念、影响因素和应用。 一、基本概念 韧脆转变温度是指在加热或冷却过程中，材料从韧性状态转变为脆性状态的温度。这个温度通常被称为转变温度或临界温度。在韧性状态下，材料可以承受较大的应力和变形，而在脆性状态下，材料会发生断裂和破坏。因此，韧脆转变温度是材料在不同温度下表现出的韧性和脆性之间的过渡点。这个概念对于理解材料的性质和行为，以及在材料制造和设计中的应用非常重要。 二、影响因素 韧脆转变温度受到多种因素的影响，其中最重要的因素是材料的化学成分、晶体结构和温度。不同的化学成分、晶体结构和温度会导致不同的韧脆转变温度。例如，金属的韧脆转变温度通常比非金属低，因为金属具有更紧密的晶体结构和更高的熔点。此外，材料的缺陷和处理方式也会影响韧脆转变温度。例如，材料中的裂纹和气孔会降低韧脆转变温度，而热处理和冷却过程可以改变材料的晶体结构和缺陷，从而影响韧脆转变温度。 三、应用 韧脆转变温度在材料科学中有广泛的应用。首先，韧脆转变温度
可以用来评估材料的耐用性和安全性。例如，在航空航天工业中，韧脆转变温度可以用来评估航空发动机材料的可靠性和安全性。其次，韧脆转变温度可以用来指导材料的设计和制造。例如，在汽车工业中，韧脆转变温度可以用来指导汽车发动机的设计和材料的选择。此外，韧脆转变温度还可以用来研究材料的性质和行为。例如，在材料科学中，研究韧脆转变温度可以帮助我们了解材料的强度、塑性和断裂机制。 总之，韧脆转变温度是材料科学中非常重要的概念。它可以帮助我们了解材料的性质和行为，并且在制造和设计材料时提供重要的信息。通过深入研究韧脆转变温度，我们可以更好地理解材料在不同温度下的行为和性能，为材料科学和工程提供更好的基础。
脆性转变温度(力学部分) 王珏 什么是脆性转变温度？脆性转变温度对冲转的意义？脆性转变温度是150℃，那么145℃可以冲转吗？现阶段冲转前转子较难预热到150℃问题的解决设想。本文我仅以个人观点浅谈这些问题，若有错误之处请高人指教，小可在此谢过。 脆性转变温度(fracture appearance transition temperature，FATT )，其他名称：韧脆转化温度(ductile-brittle transition temperature)。定义：温度降低时金属材料由韧性状态变化为脆性状态的温度区域。应用学科：电力（一级学科）；热工自动化、电厂化学与金属（二级学科）。 注：此段文字摘自百度百科 通过定义我们接触了两个概念: 金属材料的韧性状态和脆性状态。在大学材料力学中我们应该能记得做过两个实验，这两个实验一个是针对塑(韧)性材料和脆性材料的拉应力实验；另一个是针对这两种材料的压应力实验。实验很简单就是拉塑(韧)性材料和脆性材料,通过拉应力发现一个结论,塑(韧)性材料（图1）先弹性变形、再塑(韧)性变形、最后断裂；而脆性材料（图2）没有施加多大拉应力就发生了断裂，没有变形过程。在压应力实验中这两种材料还都挺能承受压力。由此得到实验结论(图3)：塑(韧)性材料能受拉，而脆性材料可受压。这一结论用在我们生活的许多行业，如建筑业、金属加工业。 图1 塑(韧)性材料发生塑(韧)性断裂图2 脆性材料发生脆性断裂
图3 脆性材料和塑(韧)性材料失效应力分析 例：混凝土便宜而坚固，但不耐压。钢耐压也耐拉。通常在混凝土建筑物须承受张力的部分用钢筋来加固。则在图1中，楼板和阳台的加固钢筋放置都正确的是: A、A图 B、B图 C、C图 D、D图