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什麼是冷脆

什麼是冷脆?

冷脆具有體心立方點陣的合金鋼,當試驗溫度降低時,將由韌性斷裂轉變為脆性斷裂。許多工業用鋼在室溫到零下溫度範圍將發生脆化,稱為冷脆性。

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圖1滑移過程形成的裂紋

a–位錯塞積;b–兩個{110)滑移帶相交

合金鋼的冷脆性(或低溫脆化傾向)用韌性一脆性轉化溫度Tc表示。高純鐵(0.01%C)的Tc在一100C,低於此溫度則完全處於脆化狀態。鋼中大多數合金元素都昇高鋼的韌性一脆性轉化溫度,新增冷脆傾向。在室溫以上韌性斷裂時,合金鋼的斷口為韌窩型斷口,而在低溫下脆性斷裂時為解理斷口。合金鋼的低溫脆化的原因是:(1)形變時位錯源產生的位錯被障礙物(如晶界、第二相等)阻塞時,局部應力超過鋼的理論强度而產生微裂紋(見圖1a)。(2)幾個塞積的位錯在晶界合成一個微裂紋。(3)兩個{110)滑移帶相交處反應,引起不動位錯%26lt;010%26gt;,呈楔形微裂紋,它可沿{100}解理面裂開(見圖1b)。

新增鋼冷脆的因素有:(1)固溶强化元素。磷升高韌性一脆性轉化溫度最强烈;還有鉬、鈦和釩;含量低時影響不大而含量高時升高韌性一脆性轉化溫度的元素有,矽、鉻和銅;降低韌性一脆性轉化溫度的有鎳,先降低後升高韌性一脆性轉化溫度的有錳。(2)形成第二相的元素。以第二相新增鋼冷脆最重要的元素為碳,隨鋼中碳含量新增,鋼中珠光體含量新增,平均每新增1%珠光體體積,韌性一脆性轉化溫度平均升高2.2℃。圖2為鐵素體一珠光體鋼中碳含量對脆性的影響。加入鈦、鈮和釩等微合金化元素,形成彌散分佈的氮化物或碳氮化物,引起鋼的韌性一脆性轉化溫度上升。(3)晶粒尺寸影響韌性一脆性轉化溫度,隨晶粒粗化,韌性一脆性轉化溫度升高。細化晶粒則降低鋼的冷脆傾向,這是廣為應用的方法。

 

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圖2鐵素體-珠光體鋼中碳含量對脆性的彰響

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