中、低合金结构钢的低温脆性及选材低温脆性指温度低于某一温度时,材料由韧性状态变为脆性状态,冲击值明显下降的现象。工程上常用的中、低强度结构钢经常发生此类现象。我国东北许多矿山上用的进口大型机械，在冬季就有低温脆性引起的大梁、车架等断裂现象，另外，日本汽车在东北冬季也出现过车架低温脆断问题。
1935年比利时在Albert运河上建造了大约50座焊接大桥，这些桥梁在以后几年中不断发生脆性断裂事故：38年3月Albert 河上Hasseld桥全长74.5米在气温-20℃时发生脆性断裂，整个桥断成三段坠入河中；以后又陆续发生断裂事故，到1950年就有6座在低温下发生脆断。
在二战期间，美国焊接的轮船在使用中发生大量的破坏断裂事故，其中238艘完全报废，19艘沉没。值得注意的是，大部分脆断是在气温较低的情况下发生的。当时美国船舶技术标准中没有对船舶用钢的低温脆性和缺口敏感性提出要求。人们没有认识到此问题的重要性。
这些是我们在设计、制造高原车需要注意的问题。
1．低温脆性产生的原因：
金属材料在不同温度、应力状态、加载速度和环境的作用下，断
裂形式各不相同。在工程实际使用的钢材中，脆性断裂的微裂纹形成机理是个非常复杂的问题，目前许多文献发表了这方面的研究成果，主要认为：
1.1.钢中的第二相颗粒(夹杂物、碳化物)对钢的脆性裂纹形成影响
很大。脆性微裂纹可以有碳化物本身破碎开始，也可起源于硫化锰夹杂物处。另外，第二相颗粒的大小对裂纹成核也有一定的影响，小的颗粒不易引起裂纹的产生。
1.2.低温脆性可起源于晶界。晶界裂纹形成除了晶界上碳化物影
响之外，微量有害元素偏析于晶界引起晶界脆化也是个重要因素，磷、硫、锑等元素及溶解的氧、氢、氮等气体在晶界偏析，大幅度降低了晶界脆性断裂抗力，提高了脆性转变温度。
1.3.应力及位错理论：主要观点认为金属中脆性断裂可起源于：
金属晶格中的滑移面阻塞处、机械孪晶的交叉处、应力集中处以及前述的晶界处等。
2影响低温脆性的因素：
影响钢的低温脆性的因素很多,几乎方方面面,主要的因素如下：2.1.合金元素：
合金元素对钢的脆性有一定影响，添加合金元素可使金属基体固
溶强化，对防止低温脆性可能起一定作用。钢中添加锰、镍可使脆性转变温度显著降低；碳含量增加时脆性转变温度升高；磷、铜、硅、钼等使脆性转变温度升高；矾、钛在最初使脆性转变温度升高，到达一含量后使脆性转变温度显著降低。
因此，材料工程上用降碳加锰、镍元素来设计低温用钢。
2.2.冶金工艺对低温脆性有影响：冶金因素直接影响到钢中的夹杂物、气体含量以及钢的晶粒度。这些对钢的脆性及转变温度影响较大。试验表明，Si-Al镇静钢比半镇静钢、沸腾钢脆性转变温度低得多。这是因为Si-Al镇静钢脱氧完全，钢中氢、氮含量低，夹杂物少，残留铝能细化晶粒。
2.2.热处理的影响：显微组织对钢的韧性和脆性转变温度有较大影响，一般情况下，热处理能改善钢的脆性倾向。对16MnCu来讲，40~70mm厚板在热轧状态时无朔性转变温度为－10℃，而经过910正火后，无塑性转变温度下降到－30℃~－40℃。金相观察表明：该钢热轧状态时晶粒度为5~6级，铁素体+珠光体中组织不均匀性大；而正火处理后晶粒细化，组织均匀，改善了钢的低温脆性。
2.3.焊接的影响：焊接过程中多数缺陷是产生在焊缝金属和热影响区，在热影响区又存在较大的焊接残余应力区。缺陷是否会引
起开裂将取决于缺陷尖端附近区域的材料韧性，而其材料韧性又取决于钢材显微组织、化学成分、焊接工艺和规范，为了防止熔融的金属在刚刚凝固时发生热裂或冷到200℃以下发生冷裂，主要对钢的S、P含量加以限制，焊接用钢的S、P含量一般在0.05%以下（个别含P合金钢除外）。在焊接过程中原始焊条成分、药皮、和焊剂种类、焊接工艺都会影响焊接区韧性。
2.4.加工硬化的影响：有些零件在制造过程中需要冷弯、剪切和冷加工等，会产生局部塑性变形，出现应变时效而导致变脆。研究结果证实,06MnNb钢板（20mm厚）经正火处理，当冷变形为2~3%时，脆性转化温度上升约10~15℃。
2.5.应力集中及缺口效应：
结构件的横截面突然改变、结构中存在机械缺口、表面或内部缺陷，如：裂纹、夹渣、气孔、尖角等，都会引起应力应变的局部集中，有利于裂纹的萌生及扩展，特别是尖锐裂纹尖端会产生很大的应力集中，加速裂纹扩展而突然脆断。
另外，钢板的厚度、使用环境的温度等也对低温脆性产生影响，在此，不再一一叙述。
3.鉴于上述原因及影响因素，为防止高原冬季出现低温脆断现象,我们在设计、制造及加工高原车过程中，需要做到：
3.1. 选择抗低温脆性较好的材料：
这些材料主要以低合金钢为主，有06MnNb、09Mn2V、09MnV、09MnNb、09Mn2、12Mn、12MnV、16Mn、16MnCu、16MnRE、15MnV、15MnTi、16MnNb、15MnVN、14MnVTiRe等。广泛应用于船舶、锅炉、压力容器、桥梁、机械等行业。其中：
3.1.1. 16Mn,是我国解放初期设计并投入使用的第一批低合金钢种，属于35kg/mm2级，目前，是普通低合金钢中生产量及使用量最大的钢号。16Mn可在大、中、小平炉及转炉中冶炼，生产工艺简单，综合机械、可焊性、加工性能良好，时效脆化敏感性不高和低温性能较好，一般在热轧状态下使用，使用温度在-40~150℃范围内。缺点是：强度较低；热轧后一般不正火，组织波动大，冶炼方法多，化学成分范围宽，室温冲击韧性会出现大幅度的下降和上下波动，使钢从韧性状态转化为脆性状态，出现脆性转化温度升高现象。
16MnRE主要机械性能与16Mn相近，由于加入稀土元素，冲击韧性和弯曲性能有显著提高，在船舶制造中大量使用。16MnCu 含铜，耐大气腐蚀，为耐气候用钢。
3.1.2. 15MnV、15MnTi、16MnNb都属于40kg/mm2级钢，在热轧状态下塑性及冲击韧性易出现剧烈降低，常采用正火处理。
3.1.3. 15MnVN、14MnVTiRe属于45kg/mm2级钢，正火后综合性能良好。正火状态下冲击值αk≈14-17kg .M/mm2 , -40℃时αk≈14-17kg .M/mm2
常用低合金钢机械性能一览表
3.1.
4. 09MnV、09MnNb、09Mn2、12Mn、12MnV为低强度合金钢，一般在热轧状态使用。
3.1.5. 06MnNb、09Mn2V为低温用钢，可适用于－70~－90℃低温；即使在热轧状态，－80℃，冲击韧性仍大于5kg.m/cm2；若正火处理，甚至在－100℃，冲击值仍保持8~12kg.m/cm2。
3.1.6 通过以上分析，结合我们国家的气候情况最低温度大约为-40℃左右，本着经济实用的原则，建议我公司可选材料为16Mn、16MnRE。这两种材料都要选用E型材料，这样可以保证冶金精度，使材料在较低的温度下具有较高的抗脆断能力。16MnRE因为加入了一点稀土元素，材料成本可能会高一点，但其冲击韧性和冷弯性能要比16Mn好。
3.2.做好原料检验:
为了保证我们所购的钢材质量,除了化学成分检查外,还应增加对塑性、冲击韧性、金相组织、夹杂物的检查，做到心中有数，发现问题，及时解决。
3.3.用热处理方法，可改善钢的金相组织、减少气体含量、消除焊接残余应力，提高塑性及冲击韧性，降低脆性转化温度。
3.4.重视焊接工艺及质量控制:
由于低温脆性主要出现于焊接结构,而焊接过程会出现脆化倾向：焊接接头区冶金组织变化引起韧性降低、焊接
热循环过程中塑性应变引起热应力脆化；另外，焊接缺陷是难以避免的；所以,焊接处及热影响区的综合性能往往低于母材，焊接结构脆性大部分起源于焊接熔合线、焊缝及热影响区。为此，应选择合适的焊接工艺及焊材，加强现场质量检验，减少焊接缺陷，降低焊接对低温脆性的影响。
总之，预防并防止低温脆性的发生是个系统工程，需要许多环节、单位的共同努力及辛苦工作。希望在公司领导及全体员工努力下，圆满解决此问题。
冷脆 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在一100。C，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
第3章 低温技术实验 低温实验中使用低温液体的注意事项 1、所有盛低温液体的容器都不能完全封死。必须流有供蒸汽逸出的通道，否则由于不 可避免的外界漏热使低温液体逐渐气化，容器中的压强逐渐升高，最后会导致装置损坏甚至 爆炸。实验结束时尤其不可疏忽大意，一定要把可能存有低温液体的密封部件的封口打开。 2、盛有低温液体的杜瓦容器真空夹层的封口必须保护好，切不可突然打开或充入过量 的气体，否则由于绝热破坏，容器内液体迅速蒸发，有可能造成事故。 3、使用玻璃杜瓦瓶时，应小心，要避免骤冷骤热。否则玻璃杜瓦瓶可能破裂。 4、当心不要让低温液体触及人体，否则会造成冻伤。 5、氦气必须回收，使用液氦时必须按照操作规程进行。 实验7 低温固体热导率测量 该实验是使操作者对低温下的热测量有初步的了解，并对纯金属热导率随温度的变化有一些感性的认识。 【预习要求】 了解金属传热的物理过程，热导率与温度的关系。实验表明；金属热导率随温度的变化 在纯金属的传热中晶格热导部分占的比例很小，热量几乎全部都是由自由电子传导的。热阻和电阻的来源相同，一是晶格的热振动，及声子的散射；二是杂质和缺陷的散射。因此，和电阻类似，热阻也可近似表达成 W W W r i =+ (3-7-1) w i 和 w R 分别为声子和杂质因起的热阻 。电阻Ｒ和热阻之间的关系由魏弗兰茨（Wiedmann-franz ）定律给出: L WT R = （3-7-2） 式中L 称为洛伦兹（Lorentz ）常数，数值为2·45×10-8W ·Ω·K -2。公式中分母出现T 的原因是，自由电子 运载的电荷是常数，但运载的热能却正比于温度T 并随温度的一次方变化。这个定律在低温区（杂质散射为主）和高温区（电子散射时能量变化比kT 小得多时）是正确的，在中温区不够满意。 利用（3-7-2）式，我们可以从()T R 的行为推断出()T W 的变化。对杂质散射，R r 是常数，W r 应正比于T -1，在高温区R i ∝T ，W i 应为常数；在中温区，R i 一般按T 5变化，按式（3-7-2），w i 应正比于T 4，实际上W i 是正比于T 2 ，表现和式（3-7-2）的偏离。图3-7-1是热阻W 随温度的变化；图3-7-2是相应的热导λ=1∕W 随问度T 的变化。 图3-7-1 图3-7-2
有关PPR低温脆性的解释 1、PPR管为什么存在低温脆性 答：PP-R是无规共聚聚丙烯，也就是我们所说的Ⅲ型聚丙烯。它是由丙烯单体和少量乙烯单体在加热、加压和催化剂作用下无规共聚得到的。乙烯单体随机地分布到丙烯长链中，其中乙烯单体一般控制在3-5%之间。乙烯含量和乙烯与丙烯的聚合方式决定了其具有冷脆性的特点。在气温较低的情况下，尤其冬季施工过程中，管材在低温下柔韧性有所降低，刚性增强，表现为脆性。在外力冲击或过大的意外载荷作用下，可能出现管材直线开裂等情况。给施工带来不便。为此相关国家规范针对此问题做出了明确的要求。在冬季施工时，应注意建筑给水聚丙烯（PP-R）管道的低温脆性的特点，并制定相应施工方案。GB/T50349-2005对此有详细规定。 2、PPR管材冷脆性在实际应用中的表现形式 答：当环境温度较低时，PPR管材韧性降低，表现为脆性，当管材受到外力的冲击或者重压时，会出现直线开裂现象，并且开裂情况是由内管开始，向外管延伸。管材受到一个点的作用力造成的开裂后，在瞬间内，这种开裂会沿着管材的轴线方向快速增长，这个特性叫做快速裂纹增长。另冬季管材在运输、在工地及安装过程中因外力致伤，会在使用过程中出现脆性和韧性（输送热水时）爆管。 3、大家经常会走入的误区----能砸裂的PPR水管就是差水管 答：这种判断方法是错误的，能否砸裂PPR管，这是一种判断PPR好坏的误区，这并不能检验PPR好坏与否，因为PP-R材料本身性能随着环境温度而发生一定程度的改变。在气温较低的情况下，尤其冬季管材在低温下柔韧性有所降低，刚性增强，表现为脆性。在外力冲击或过大的意外载荷作用下，可能出现管材断裂等情况。给施工带来不便。为此相关国家规范针对此问题做出了明确的要求。在冬季施工时，应注意建筑给水聚丙烯（PP-R）管道的低温脆性的特点，并制定相应施工方案。GB/T50349-2005对此有详细规定。反而是一些添加其它原料的假冒伪劣PPR管，倒是不易砸坏！真正的既能输送高温热水又能输送冷水可管用
苏州亚诺天下仪器有限公司YANUO WORLD Physical testing equipment expert CRS-RBT70橡胶低温脆性试验机(单试样) 产品介绍
一、特点及用途:测定硫化橡胶在规定条件下试样受冲击出现破坏时的最高温度，即为脆性温度，可以对塑料及其他弹性材料在低温条件下的使用性能作比较性鉴定。可以测定不同橡胶材料或不同配方的硫化橡胶的脆性温度和低温性能的优劣。因此无论在科学研究材料及其制品的质量检验，生产过程的控制等方面均是不可缺少的。本仪器各项技术指标符合GB/T1682-2014硫化橡胶低温脆性单试样法等国家标准的要求。本仪器再原有设计中，增加了冷井搅拌器，使容器四周温度更均匀，下降温度更快，节约时间，降低了能耗。 二、技术参数 1、试验温度：-60℃—0℃：-70℃—0℃：-80℃—0℃【客户自选】 2、冲击速度：2m/s±0.2m/s 3、恒温后，试验3min时间内温度波动：＜±0.5℃ 4、冲击器中心到夹持器下端距离：11±0.5mm 5、外型尺寸：720×700×1380mm 6、功率：1100W 7、冷井容积：3L 三、结构原理 3.1升降夹持器 升降夹持器由带有夹持器的气缸和气缸座组成。 从试样受冲击部位，到夹持器下端的距离为11.0±0.5mm 3.2冲击装置 冲击装置由冲击器和弹簧组成。 3.3冲击器 冲击器头部形状和尺寸。冲击器的重量为200±20g，其工作行程为40±1mm。冲击气缸在复位状态下，冲击器端部到试样的距离为25±1mm。 四、使用方法 4.1接通电源，温控仪和计时器显示灯亮。 4.2向冷井中注入冷冻介质（一般为工业乙醇），其注入量应保证夹持器的下端到液面的距离为75±10mm。 4.3将试样垂直夹在夹持器上。夹的不宜过紧或过松，以防止试样变形或脱落。 4.4按下夹持器，开始冷冻试样，同时启动时序控制开关（或按动秒表）计时。试样冷冻时间规定为3.0±0.5min。试样冷冻期间，冷冻介质温度波动不得超过±1℃。 4.5提起升降夹持器，使冲击器在半秒钟内冲击试样。 4.6取下试样，将试样按冲击方向弯曲成180°，仔细观察有无破坏。 4.7试样经冲击后（每个试样只准冲击一次），如出现破坏时，应提高冷冻介质的温度，否则降低其温度，继续进行试验。 通过反复试验，确定至少有两个试样不破坏的最低温度和至少一个试样破坏的最高温度，如这两个结果相差不大于1℃时，即试验结束。 五、试验标准 5.1规格 试样的长为25.0±0.5mm，宽为6.0±0.5mm，厚为2.0±0.3mm。 5.2要求 试样的表面应光滑，无外来杂质及损伤。成品应经打磨后裁制成相应尺寸。
六、低温冲击实验 一、实验目的： 1. 了解材料的低温脆性，学会测定材料韧脆转变温度的原理和方法； 2. 掌握冲击韧性的实验方法，要求能正确地测试材料的冲击韧性； 3. 熟悉冲击试样的宏观断口特征。 二、实验仪器材料： JB30GD 型冲击实验机、游标卡尺、低温箱、液氮罐、标准夏氏V 型缺口试样 三、实验原理： (一)冷脆与冷脆转变温度T K 有一些金属材料如体心立方晶格的中、低强度结构钢，当其服役温度降低时，其塑性、韧性便急剧降低，使材料脆化，这种现象叫做冷脆。由于温度降低造成金属由韧性状态转变为脆性状态的温度叫做冷脆转变温度，用符T K 表示。不同金属的冷脆转变温度T K 是不同的，T K 愈低，表示脆化倾向愈小，即在低温下使用时危险性愈小。金属的冷脆现象对一些在寒冷地带服役的机械设备(工程机械、运输机械、桥梁、铁路、输油管道等)带来很大危害及影响。因此，对制造这些设备的金属材料，常常需要测定其冷脆转变温度T K 以确定其低温脆化倾向的大小。 （二）冷脆转变温度T K 的测定方法 金属冷脆转变温度T K 可通过低温系列温度冲击实验来测定。所谓低温系列冲击试验就是对同一种金属材料的冲击试样，在低于室温的一系列不同温度下作断口百分数 冲击吸收功温度t/°C 纤维区 晶状区 X100率 分百口断图1 冲击吸收功或断口形貌与温度的关系曲线
冲击试验。根据其冲击吸收功A K 随温度t 的变化关系，或试样冲断后断口形貌随温度t 的变化关系，来确定其冷脆转变温度。图l 为体心立方金属的A K —t 或断口率—温度关系曲线示意图。由图可见，这两种曲线一般都由三个部分组成。第一部分为冲击吸收功变化不大的高冲击吸收功部分(上平台)，这部分冲击断口形貌特点是灰暗色、纤维状属于韧性断口；第三部分是冲击吸收功变化不大的低冲击吸收功部分(下平台)，这一部分冲击断口形貌特点是结晶状，是典型的脆性断裂断口，曲线的中间部分(第二部分)冲击吸收功变化较大，断口形貌为不同比例的结晶状和纤维状的混合断口，所以在这个温度区间即为冷脆转变温度范围。 根据以上两种曲线，可以分别采用能量法或断口形貌法来确定金属材料的冷脆转变温度。 1、 能量法： 以冲击吸收功降低到某一个具体数值时的温度定位T K 。 对于夏比U 型缺口试样，取冲击能量为0.4A KUmax 所对应的温度为T K 或取12(A KUmax +A KUmin )所对应的温度为T K 。 A KUmax 是指室温下100%韧性断口所对应的 冲击吸收功，而A KUmin 是指刚刚出现100% 结晶状断口时所对应的冲击吸收功。 对于夏比V 型缺口试样，通常规定某 一个冲击吸收功所对应的温度T K 。这个冲 击吸收功是根据构件的使用条件来选取的。 2、 断口形貌法 指冲击断口形貌中纤维区所占面积下 降到50%时所对应的温度为T K ，记为 50%FATT 。这种方法主要适用V 型缺口试样。 3、 综合法 将A KU -t 关系曲线中的上平台开始上升的温度定义为t K 。因为这个温度相当于刚刚开始全部形成结晶状断口形貌时的温度，所以这种t K 也叫无塑性转变温度，常用符号NDT 表示。 四、实验步骤 1. 本实验温度可选择：20o C 、0 o C 、-10 o C 、-20 o C 、-30 o C 、-35 o C 、-40 o C 、-50 o C 八个温度，各温度下的冲击试样不得少于3个。 2. 试样的准备：领取试样，在端部打上编号。用棉纱擦净，再测量试样尺寸，最后检查试样缺口处的加工质量。 3. 了解冲击试验机的构造、工作原理、操作方法及安全注意事项 4. 冷却试样：根据试验温度要求在低温恒温箱内放入试样，进行保温。调节温纤维区晶状区剪切唇 图2 冲击断口形貌
中、低合金结构钢的低温脆性及选材低温脆性指温度低于某一温度时,材料由韧性状态变为脆性状态,冲击值明显下降的现象。工程上常用的中、低强度结构钢经常发生此类现象。我国东北许多矿山上用的进口大型机械，在冬季就有低温脆性引起的大梁、车架等断裂现象，另外，日本汽车在东北冬季也出现过车架低温脆断问题。 1935年比利时在Albert运河上建造了大约50座焊接大桥，这些桥梁在以后几年中不断发生脆性断裂事故：38年3月Albert 河上Hasseld桥全长74.5米在气温-20℃时发生脆性断裂，整个桥断成三段坠入河中；以后又陆续发生断裂事故，到1950年就有6座在低温下发生脆断。 在二战期间，美国焊接的轮船在使用中发生大量的破坏断裂事故，其中238艘完全报废，19艘沉没。值得注意的是，大部分脆断是在气温较低的情况下发生的。当时美国船舶技术标准中没有对船舶用钢的低温脆性和缺口敏感性提出要求。人们没有认识到此问题的重要性。 这些是我们在设计、制造高原车需要注意的问题。 1．低温脆性产生的原因： 金属材料在不同温度、应力状态、加载速度和环境的作用下，断
裂形式各不相同。在工程实际使用的钢材中，脆性断裂的微裂纹形成机理是个非常复杂的问题，目前许多文献发表了这方面的研究成果，主要认为： 1.1.钢中的第二相颗粒(夹杂物、碳化物)对钢的脆性裂纹形成影响 很大。脆性微裂纹可以有碳化物本身破碎开始，也可起源于硫化锰夹杂物处。另外，第二相颗粒的大小对裂纹成核也有一定的影响，小的颗粒不易引起裂纹的产生。 1.2.低温脆性可起源于晶界。晶界裂纹形成除了晶界上碳化物影 响之外，微量有害元素偏析于晶界引起晶界脆化也是个重要因素，磷、硫、锑等元素及溶解的氧、氢、氮等气体在晶界偏析，大幅度降低了晶界脆性断裂抗力，提高了脆性转变温度。 1.3.应力及位错理论：主要观点认为金属中脆性断裂可起源于： 金属晶格中的滑移面阻塞处、机械孪晶的交叉处、应力集中处以及前述的晶界处等。 2影响低温脆性的因素： 影响钢的低温脆性的因素很多,几乎方方面面,主要的因素如下：2.1.合金元素： 合金元素对钢的脆性有一定影响，添加合金元素可使金属基体固
GB15256-2014塑料低温脆化试验机检查电线之塑料外壳以及硫化橡胶在低温测试时的脆化特性。 The embrittlement of plastic case of the wire and the embrittlement of vulcanized rubber during low temperature test. 用户可以选择TS-BC直线性冲击试验方法或者TS-BT摆锤型冲击试验方法以满足客户对设备的不同需求。 The user can choose the TS-BC linear impact test method or TS-BT pendulum type impact test method to meet the customer's different needs of the equipment. 试验时将试样固定于夹具上，然后将试样浸泡坐在低温介质中5分钟，用2±0.2m/s的线速度冲击试样，最后检查试样在最低温度是否出现裂纹、裂缝、小孔、以及是否完分离成碎片。 Test sample is fixed on the fixture, then soaked samples sitting in low temperature medium in 5 minutes, with 2 + 0.2 M / s line speed impact test specimens, the final inspection sample in the lowest temperature whether cracks, cracks, holes, and whether separates into pieces. 通过转换卡盘托架底座可以连续的进行样品测试，可以节省样品放回原处时间，满足很多样品各自的测试标准。 Through the conversion of the chuck bracket base can be continuous sample test, can save the sample back in place of time, meet a lot of samples of the respective test standard. GB15256-2014塑料低温脆化试验机制冷方式The refrigeration mode of multifunctional plastic cryogenic embrittlement test machine 采用二段式压缩机快速降温制冷，最低温度可达-76℃(如需低于-76℃，可定制)。 Two stage compressor cooling refrigeration, the lowest temperature of up to -76 (for example, can be customized for less than -76). 温度可控性高，低温槽中液体传热介质可启用搅拌马达，使温度均匀性更佳。毎次可测试4组试 样，旋转定位夹具对每组试样进行冲击测试，检査出现脆性破坏的最低温度。 The temperature can be controlled and the heat transfer medium of the liquid in the cryogenic tank can be used for stirring the motor, and the temperature uniformity is better.. Each time 4 groups of samples testing, rotary positioning fixture for each specimen of impact test and laboratory examination appear brittle failure of minimum temperature. GB15256-2014塑料低温脆化试验机测试标准： Standard for testing of multi - functional plastic cryogenic Embrittlement Testing Machine: GB/T5470-2008塑料冲击法脆化温度的测定 Determination of embrittlement temperature of plastic impact method GB/T 12584-2008橡胶或塑料涂覆织物低温冲击试验 Low temperature impact test for rubber or plastic coated fabrics GB/T15256-1994硫化橡胶低温脆性的测定（多试样法）
第五章缺口效应冲击韧性和低温脆性 前面我们知道，随着应力状态柔性系数降低，屈服强度上升；随加载速度增加，则屈服强度上升；随温度降低，则屈服强度上升。上述各因素均使材料变脆（即韧性降低）。实际上缺口的存在，使应力状态柔性系数降低，在冲击载荷下，加载速度增加，当温度降低，且低于冷脆转变温度T K时，则表现为低温脆性，这就是本章所要讨论的问题。 第一节缺口效应和金属的缺口敏感度 生产上绝大多数机件或构件都不是截面均匀无变化的光滑体。而存在截面的突变，如键槽。油孔，台阶，螺纹尖角，退刀槽等。截面突变可简称为缺口。实际上机件或构件的绝大部分都是缺口体。 缺口的存在引起如下一些作用 一．缺口引起应力集中和多轴应力状态 缺口的存在首先在缺口处引起多轴应力状态，造成各种现象的原因在第一章讨论颈缩现象和颈部应力分布时已分析过了。 1.圆截面缺口试样 我们知道，圆截面缺口试样单轴静拉伸时在弹性变形范围内的应力分布情况。 轴向应力S L和切向应力S t都是在缺口顶端表面处最大，但颈向应力S r的最大值却位于离表面一定距离处，而在缺口表面处等于零。 2.薄板试样（平面应力） 缺口试样在弹性变形范围内的应力分布情况，也是轴向应力在缺口根部最大，横向拉应力的最大值位于缺口根部一定距离处。 3．厚板试样（平面应变） 应力分布不均匀并出现最大值的现象称之为应力集中，这是缺口的第一效应。 缺口截面上的最大轴向应力S max和该截面上的平均应力之比称为理论应力集中系数K t K t越大，缺口试样应力集中越严重，越尖锐。关于各种几何形状缺口的K t值可通过计算或直接测试，或者查阅有关资料而得到. 在弹性范围内，K t数值决定于缺口的几何形状与尺寸。 缺口处出现多轴应力状态（缺口的第二作用）和存在应力集中（第一作用）现象后，要使试样发生屈服，就需要更大的的单轴应力。这是因为最大切应力tmax和主应力(Sl_Sr)有关，如t max=S l-S r/2 所以要得到同样大小的切应力，使试样发生屈服时，就需要更大的单轴应力S l。以后会由证明得到，在平面应变下，这个可接近光滑试样屈服强度的3倍。通常将缺口试样的屈服强度和同一材料光滑试样的屈服强度之比定义为约束系数（或称塑性抑制系数）Q P51图2-2表示在平面应力状态下，缺口处局部顶端出现塑性区后的应力分布情况。可以看出屈服强度被提高的情况。 二. 缺口引起应变集中和缺口处局部应变集率增大，缺口的第三个作用是在弹塑性状态下引起应变集中。已知在弹性变形范围呢你，应变正比于应力。我们只需区分应力集中系数和应变集中系数，但是在弹性变形范围内，由于应力与应变之间呈非线形关系，这两种系数之间的区别就必须予以考虑力了。我们定义在弹塑性条件下的应力集中系数和应变集中系数。虽然运用有限元分析计算方法可以得到较近似正式的严格弹塑性结果。 该关系不能给出缺口根部一定深度范围内的塑性应力和塑性应变的分布规律，但可以给出缺口根部表面的应力和应变值。 应变集中的后果是导致裂纹的产生。 缺口的第四个作用是在缺口处出现局部应变速率的增大
钢结构低温冷脆现象的试验研究方法 王元清 (清华大学土木工程系 100084) 【摘 要】 在研究钢材及其构件脆性破坏时,有许多物理量指标需要通过试验手段来测定。本文系统地介绍了国外常用钢结构低温冷脆现象的试验研究方法,并对此进行了分类比较。文中着重介绍了大尺寸试件的低温拉伸试验设备及其冷却方式。 【关键词】 低温冷脆 临界温度 应力集中 冷却剂 EXP ERIM EN T A L IN V EST IG A T IO N M ET HO DS OF T HE BRIT T L E FR ACT U RE OF ST EEL ST RU CT U RES U N DER LO W T EM P ER A T U RE Wang Yuantsing (Departm ent o f Civ il Eng ineering.T singhua U niv ersit y) Q uite a lo t physical t arg ets must be determined by ex periment al measur es in the study of the br ittle fr act ur e o f st eel and it s str uctur al elements.T he ex per imental in v estig atio n met ho ds of the brittle fr ac-ture of steel str uct ur es under lo w tem per ature.T he ex perimental equipments and coo ling methods of larg e scale tensile models ar e emphat ically intro duced in this paper. K ey w or ds:Br itt le fr acture,cr it ical t emper ature,stress concentrat ion,co olant. 在低温冷脆现象理论和试验研究中,钢及其构件的许多力学和其它指标被用来作为判断和分析的参数〔1〕。通常有钢材的屈服强度(f y)、极限强度(f u)、冲击韧性(A kv)、钢构件的破坏强度(f p)、破坏截面收缩率(7)、破坏时所释放的能量(A p)和破坏截面亮纤维状含量百分比(F);还有钢的断裂强度f o;构件应力集中区的最大屈服强度f1y;含裂纹构件的临界应力强度因子K1c、裂纹发展的临界能量密度G c和裂纹临界张开度D c;以及构件从塑性破坏向脆性破坏的临界转变温度T cr(包括第一临界转变温度T cr1和第二临界转变温度T cr2)等。 1 脆性破坏试验研究方法分类 以上这些指标和参数一般是由试验方法确定的。例如,在工程实际中T cr1通常是当构件破坏截面亮纤维状含量百分比F=50%,或当破坏截面收缩率7为常温下的10%时温度。图1给出含尖缺口平板试件破坏截面上F随温度变化的特征图,T c r2是当构件破坏强度降低到该钢常温下屈服强度值(即f p=f v)的温度。钢及其构件脆性破坏的试验研究方法很多,所用试件的型式或受力方式也是多种多样的,这主要取决于所研究的指标和参数。通常把这些试验方法分成四大类〔1〕(见图2)。 A类:包括三种不同结构型式试件的试验,此类试验的结果主要用于选材和确定钢的抗脆性破坏能力。其中A1——冲击韧性试验,可在不同温度下进行,且试件的具体型式和尺寸不同的国家有不同标准; A2——Pellini试验,主要是用来测定试件中裂纹产生和发展的临界应力;A3——偏心切口的静力拉伸试验,在不同温度下进行,主要用来测定临界转变温度T cr。 图1 钢构件破坏截面壳纤维状含量百分比F 随温度变化特征 B类:包括六种含人工裂纹试件的试验,此类试验的结果主要用来选材和确定含裂纹构件强度等。B1、B2、B3为人工裂纹试件的静力试验,主要用来确定线 8 低 温 建 筑 技 术 1998年第3期(总第73期)
金属材料系列冲击实验与低温脆性 陈国滔材科095 40930366 一、实验目的 1.了解材料韧性的特点及冲击实验对材料韧性检测的效果； 2.通过测定低碳钢、工业纯铁和T8钢在不同温度下的冲击吸收功，观察比较 金属韧脆转变特性； 3.学习低碳合金钢韧脆转化温度的测定方法,通过结合夏比冲击实验归纳找 出降低金属韧性的致脆因素。 二、实验原理 1.金属夏比冲击实验原理 夏比冲击实验是将具有规定形状、尺寸和缺口类型的试样，放在冲击实验机的试样支座上，使之处于简支梁状态。然后用规定高度的摆锤对试样进行一次性打击，实质上就是通过能量转换过程，测量试样在这种冲击下折断时的冲击吸收功。试样的冲击吸收功在实验中用摆锤冲击前后的位能差测定如下所示： A—摆锤起始位能; A1—摆锤打击试样后的位能。 如不考虑空气阻力及摩擦力等能量损失，则冲断试样的吸收功为： F—摆锤的重力，N； L—摆长(摆轴至锤重心之间的距离)，mm； α—冲击前摆锤扬起的最大角度，弧度；β—冲击后摆锤扬起的最大角度，弧度。 2.钢铁韧脆转变温度原理 脆性断裂是一种快速的断裂，断裂过程吸收能量很低，断裂前及伴随着断裂
过程都缺乏明显的塑性变形。而对于bcc 结构的钢铁，在一个有限的温度范围内，受到冲击载荷作用发生断裂时吸收的能量会发生很大的变化。这种现象就是韧脆转变。 当足够高温时，钢铁一般是晶体结构，温度的上升会导致晶体键的断裂，而钢仍为较硬的固态，所以此时的钢铁变脆容易折断。 当足够低温时，脆性受临界解理应力和临界分切应力的影响，两者随着温度降低而升高，在某一温度两者相等，其对应温度就是Tc ，这个温度就是韧脆转变温度。继续降温，屈服强度继续升高，大于断裂强度，所以低温下材料在没有塑性变形的条件下已经发生脆性断裂。材料的断裂强度受温度影响较小。 当温度低于某一温度tk 时，材料由韧性状态转变为脆性状态，此时的温度为韧脆转变温度。 3. 韧脆转变温度确定原理 实验通过改变实验温度，进行一系列冲击实验以确定材料从人性过渡到脆性的温度范围，称为“系列冲击实验”。韧脆转变温度就是A k -T 曲线上A k 值显著降低的温度。曲线冲击功明显变化的中间部分称为转化区，脆性区和塑性区各占50%时的温度称为韧脆转变温度（DBTT ）。当断口上结晶或解理状脆性区达到50%时，相应的温度称为断口形貌转化温度（FATT ）。 脆性断裂百分数的测量：在显微镜下观察断裂试样的断裂面，脆性断裂部分一般是白亮的梯形，通过测量计算可得出梯形的面积，按下式计算出脆性断裂百分数： %100% η= ?脆性区面积脆性断裂百分数端口横截面积 。 三、 实验器材 1、实验材料：低碳钢(Q235)、工业纯铁和T8钢。 2、实验器材：①冲击实验机（摆锤式冲击实验机主要由机架、摆锤、试样支座、指示装置及摆锤释放、制动和提升机构等组成）； ②本实验中采用夏比试样，即截面为 的方棒，一面中间有深
低温脆化性能测试 一、什么是低温脆化温度？通用树脂的脆化温度是多少？ 塑料在多种用途中需要在承受或不承受冲击条件下进行低温弯曲。加工时承受的取向、热历史、冲击时施加材料上的力，尤其是施力速度都会影响聚合物的脆性。脆化温度的试验用于测量聚合物失去韧性呈“玻璃状”的温度。 以通用耐低温管材用树脂为例，不同的树脂脆化温度，如PS-30℃，PP-35℃，ABS-40℃，PE-70℃。其中聚乙烯的耐低温性能最好，最低使用温度可达-70～-100℃，HDPE和LLDPE要好于LDPE。PP-R管材最低使用温度在-40~-50℃，尼龙为-50～-60℃，聚氯乙烯可达-40～-70℃。塑料耐低温改性是指改善树脂的低温脆性，即降低其脆化温度。我国最低气温可达-40℃左右，因此，要求塑料管材的脆化稳定一般应在-50℃左右，所以有些树脂应进行耐低温改性。 二、低温脆化性能测试原理及方法是什么？ 塑料低温冲击试验机是测定材料在规定条件下试样受冲击出现破坏时的最高温度，即为脆性温度，可以对塑料及其他弹性材料在低温条件下的使用性能作比较性鉴定。测试方案按《GB5470-2008低温脆化试验测试方法》进行，一般客户会选定三个指定温度点，评估10根测试样条在该温度下冲击断裂根数。如果断裂根数超过50%（即5根以上），则被判为不合格。测试设备技术参数如下： 1、试验温度：-100℃—0℃（客户自定）； 2、冲击速度：2m/s±0.2m/s 3、降温速度：-20℃~-40℃约1.0℃/min； -40℃~-80℃约0.7℃/min 4、冲击器中心到夹持器下端距离：3.6±0.1mm 5、恒温后，试验3min时间内温度波动：＜±0.5℃ 6、最大外形尺寸：900×505×800mm（长×高×宽） 7、工作室外形尺寸：220×170×70mm（长×高×宽） 8、冷却介质：乙醇 9、搅拌电机：8W 10、工作电源220V~240V 50Hz 1.5kW
钢结构在低温下脆性破坏的研究X 王元清 (清华大学土木工程系 北京 100084) 【摘 要】 简要介绍国外在低温冷脆现象领域理论和实验研究的历史、现状和前景,并结合我国自然气候环境、钢结构应用现状及现行钢结构规范阐述了在我国从事该领域研究的必要性。 【关键词】 低温冷脆 焊接构件 临界温度 破坏强度 O N BR IT T LE F RA CT U R E OF ST EEL ST RU CT U RES U N DER LO W T EM P ERA T U R E Wang Yuantsing (Departm ent o f Civ il Eng ineering,T singhua U niv ersit y) T he paper descr ibes the histor y,status and developmental fut ur e of t he t heo ret ical and exper imen-tal in vestigat ion in t he field o f br it tle fr acture abr oa d.In the light of Chinese na tur al enviro nment,the application o f steel str uctur es and the cur rent design standard o f steel str uctures,the necessity of the brittle fractur e of steel st ructures under lo w temper atur e in our co unt ry are presented. K ey w or ds:br it tle fr acture under low temperatur e,w elded elements,cr itical temper ature,failur e str eng th. 脆性破坏是钢结构最危险的破坏形式之一,这主要是它的发生往往是很突然,没有明显的塑性变形,而且构件破坏时的承载能力很低。国内外实际工程中钢结构脆性断裂破坏的事故较多。例1951年1月加拿大魁北克市运河桥整跨段毁落于冰凉河床中;我国哈尔滨的滨洲线上松花江大桥使用过程中不断出现的脆性裂纹,以致不得不全部更换;1973年我国沈大铁路线上的太子河桥一根斜拉杆低温下的脆性断裂等。1 低温冷脆及其影响因素 从以上破坏实例可以看出,钢结构的脆性破坏通常都是在冬季低温下发生的。所以习惯上把低温下的脆性破坏称为低温冷脆现象[2,3]。应当指出,这里的低温通常是指低于-15℃的温度。这种低温气候经常出现在西伯利亚地区、蒙古、北欧、我国的三北地区及青藏高原等。表1列出我国部分地区的计算低温T j和历史上出现过的极端最低温度T Z。 表1 我国部分地区计算低温T j和极端最低温度T Z(℃) 地区T j T Z地区T j T Z地区T j T Z 北 京--27.4河 北-17-34.7青 海-26-42.0天 津--22.9山 西-15-44.8甘 肃-21-36.4黑龙江-38-53.3内蒙古-31-49.6新 疆-27-49.8吉 林-26-45.0陕 西-19-32.7四 川--36.3辽 宁-23-38.5宁 夏-19-30.6西 藏--46.4 注:T j摘自《水利水电规范汇编金属结构》;T Z引自国家气象局资料。 除低温外,影响钢结构低温冷脆现象的因素很多,且可分为冶金、结构工艺和工作环境三大类[3]。其中最有代表性的有以下几个:材料性能、应力状态及应力集中、构件尺寸等。早在1971年国际焊接学会曾对60个焊接构件脆性破坏的实例进行过统计分析[4],总结出各种因素对其脆性破坏发生的影响程度。前苏联境内 2 低 温 建 筑 技 术 1998年第2期(总第72期) X国家自然科学基金和国家教委结构工程与振动开放研究实验室基金资助项目。