低溫脆性

溫度是影響金屬材料和工程結構斷裂方式的重要因素之一。許多斷裂事故發生在低溫。這是由於溫度對工程上廣泛使用的低中強度結構鋼和鑄鐵的性能影響很大，隨著溫度的降低，鋼的屈服強度增加韌度降低。體心立方金屬存在脆性轉變溫度是其脆性特點之一。隨著溫度降低，在某一溫度範圍內，缺口衝擊試樣的斷裂形式由韌性斷裂轉變為脆性斷裂，這種斷裂形式的轉變，通常用一個特定的轉變溫度來表示，該轉變溫度在一定意義上表徵了材料抵抗低溫脆性斷裂的能力。這種隨溫度降低材料由韌性向脆性轉變的現象稱做低溫脆性或冷脆，發生脆性轉變的溫度稱為脆性轉變溫度。。工程構件的工作溫度必須在脆性轉變溫度以上，以防止發生脆性斷裂。

並不是所有的金屬材料都具有低溫脆性。只有以體心立方金屬為基的冷脆金屬才具有明顯的低溫脆性，如中低強度鋼和鋅等。而面心立方金屬，如鋁等，沒有明顯的低溫脆性。

材料脆性傾向的本質是其塑性變形能力對低溫和高載入速率適應性的反映。在可用滑移系統足夠多、阻礙滑移的因素不因條件而加劇的情況下，材料將保持足夠的變形能力而不表現出脆性斷裂，面心立方金屬屬於這種情況。但是體心立方金屬，如鐵、鉻、鎢及其合金，在溫度較高時，變形能力尚好，但在低溫條件下，間隙雜質原子與位錯和晶界相互作用的強度增加，阻礙位錯運動，封鎖滑移的作用加劇，使得對變形的適應能力減弱，即表現出載入速率的敏感性。因此，低溫脆性不僅取決於晶格類型，還受材料的成分、組織等因素的影響。

低溫脆性通常用脆性轉變溫度評定。脆性轉變溫度的工程意義在於高於該溫度下服役，構件不會發生脆性斷裂。很明顯轉變溫度愈低，鋼的韌度愈大。脆性轉變溫度用夏比系列衝擊試驗得到的轉變溫度曲線確定。使用轉變溫度曲線進行工程設計時，關鍵是根據該曲線確定一個合理的脆性轉變溫度。不同的工程領域採用不同的方法來確定韌脆轉變溫度。這些方法有能量準則、斷口形貌準則和經驗準則。

我們在設計、製造及加工在寒冷地區使用的設備的時候，選擇抗低溫脆性較好的材料。除了化學成分檢查外，還應增加對塑性、衝擊韌性、金相組織、夾雜物的檢查。

用熱處理方法，可改善鋼的金相組織、減少氣體含量、消除焊接殘餘應力，提高塑性及衝擊韌性，降低脆性轉化溫度。

重視焊接工藝及質量控制：由於低溫脆性主要出現於焊接結構，而焊接過程會出現脆化傾向：焊接接頭區冶金組織變化引起韌性降低、焊接熱循環過程中塑性應變引起熱應力脆化；另外，焊接缺陷是難以避免的；所以，焊接處及熱影響區的綜合性能往往低於母材，焊接結構脆性大部分起源於焊接熔合線、焊縫及熱影響區。為此，應選擇合適的焊接工藝及焊材，加強現場質量檢驗，減少焊接缺陷，降低焊接對低溫脆性的影響。