低温脆性

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50年的PP-R是能砸裂的，特别是在温度较低的情况下更是如此，这就是PP-R的低温脆性。

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。

一、名词解释低温脆性：材料随着温度下降，脆性增加，当其低于某一温度时，材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象为低温脆性。

疲劳条带：每个应力周期内疲劳裂纹扩展过程中在疲劳断口上留下相互平行的沟槽状花样。

韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

缺口强化：缺口的存在使得其呈现屈服应力比单向拉伸时高的现象。

50%FATT：冲击试验中采用结晶区面积占整个断口面积 50%时所应的温度表征的韧脆转变温度。

破损安全：构件内部即使存在裂纹也不导致断裂的情况。

应力疲劳：疲劳寿命N>105 的高周疲劳称为低应力疲劳，又称应力疲劳。

韧脆转化温度：在一定的加载方式下，当温度冷却到某一温度或温度范围时，出现韧性断裂向脆性断裂的转变，该温度称为韧脆转化温度。

应力状态软性系数：在各种加载条件下最大切应力与最大当量正应力的比值，通常用α表示。

疲劳强度：通常指规定的应力循环周次下试件不发生疲劳破坏所承受的上限应力值。

内耗：材料在弹性范围内加载时由于一部分变形功被材料吸收，则这部份能量称为内耗。

赛贝克效应：当两种不同的金属或合金联成闭合回路，且两接点处温度不同，则回路中将产生电流，这种现象称为赛贝克效应。

滞弹性: 在快速加载、卸载后，随着时间的延长产生附加弹性应变的现象。

缺口敏感度：常用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸的光滑试样的抗拉强度的比值表征材料缺口敏感性的指标，往往又称为缺口强度比。

断裂功：裂纹产生、扩展所消耗的能量。

比强度：:按单位质量计算的材料的强度，其值等于材料强度与其密度之比，是衡量材料轻质高强性能的重要指标。

.缺口效应：构件由于存在缺口（广义缺口）引起外形突变处应力急剧上升，应力分布和塑性变形行为出现变化的现象。

解理断裂：材料在拉应力的作用下原于间结合破坏，沿一定的结晶学平面(即所谓“解理面”)劈开的断裂过程。

应力集中系数：构件中最大应力与名义应力（或者平均应力）的比值，写为KT。

高周疲劳：在较低的应力水平下经过很高的循环次数后（通常N>105）试件发生的疲劳现象。

材料的冲击韧性和低温脆性冲击韧性是指材料在受到冲击或者动态载荷时，能够吸收能量并延展变形的能力。

冲击韧性的高低取决于材料的组织结构和成分，具体包括塑性变形的能力、断裂韧性和强度等。

一般来说，高韧性的材料能够吸收更多的冲击能量，从而具有较好的抗冲击性能。

低温脆性是指材料在低温环境下失去延展性和韧性而表现出脆性断裂的现象。

低温脆性的主要原因与材料的晶体结构和化学成分有关。

低温下，材料的原子和分子运动减慢，晶格结构受到约束而不能发生足够的塑性变形。

当应力超过了材料的极限时，材料会发生断裂而失去韧性。

冲击韧性和低温脆性在一些情况下有着密切的关系。

一些材料在低温下，由于低温脆性的影响，其冲击韧性会明显降低。

例如，常用的金属材料如碳钢和铸铁，在低温下会变脆，从而导致其冲击韧性下降。

这对一些低温环境下工作的设备和结构会带来安全隐患。

为了提高材料的冲击韧性和抵抗低温脆性的能力，通常采取以下几种方法：1.合金化：通过加入合适的合金元素来调节材料的组织结构和晶体缺陷，从而改善材料的冲击韧性和低温脆性。

例如，在铝合金中添加适量的锂可以提高其低温强度和塑性。

2.热处理：通过热处理过程来改变材料的晶体结构和组织形态，从而提高材料的冲击韧性和低温韧性。

热处理包括淬火、回火等工艺，可以使材料得到均匀细小的晶粒和相关的析出相，从而提高其延展性和韧性。

3.添加增强相：通过向材料中添加纳米颗粒、纤维等增强相，可以改善材料的力学性能，包括冲击韧性和低温脆性。

这些增强相可以阻碍位错移动和晶格滑移，从而增加材料的塑性变形能力。

4.提高材料的变形能力：通过控制材料的加工过程和热处理工艺，使材料得到均匀细小的晶粒和相关的析出相，从而增加其变形能力。

这样，材料在受到冲击时能够承受更大的变形而不发生断裂。

综上所述，冲击韧性和低温脆性是材料力学性能的两个重要指标，对于材料在不同温度和应力条件下的可靠性和安全性具有重要影响。

通过合金化、热处理、添加增强相和提高材料的变形能力等方法，可以提高材料的冲击韧性和低温脆性，从而满足不同工程应用和环境条件下的需求。

低温脆性的物理本质及其影响因素低温脆性是一种材料在低温下易发生断裂的现象。

其物理本质为在材料的结构内部存在位错，而在低温下这些位错因为热振动减小而难以移动，从而导致了材料的脆性增加。

以下将详细介绍低温脆性的物理本质及其影响因素。

低温脆性的物理本质主要涉及两个方面：位错运动受限和结晶界运动受限。

位错是材料中晶体缺陷的一种形式，它是晶格中原子排列的错误或失序。

位错在材料中的运动是材料变形和塑性的基础，但在低温下，由于热振动的减小，位错的移动变得困难。

位错运动受限是低温脆性的主要原因之一、在低温下，位错与其他位错和晶体缺陷之间发生相互作用，使其不容易移动和滑移。

这增加了材料的断裂风险，因为位错无法通过晶体滑移运动来吸收应力，从而导致断裂。

结晶界运动受限也是低温脆性的重要原因之一、结晶界是晶体中不同晶粒的边界，它们可以通过移动和滑动来吸收和释放内部应力。

但在低温下，结晶界也受到热振动减小的影响，其移动变得困难。

这导致了晶体之间无法有效地释放应力，增加了材料的脆性。

除了位错运动受限和结晶界运动受限外，还有一些其他因素也会影响低温脆性。

其中一个重要因素是材料的结构。

一些晶体结构具有较多的晶体缺陷，如空位、间隙和夹杂等，这些缺陷会导致位错的生成和移动受到限制，从而增加了材料的脆性。

同样，晶体结构中的奇异性也会影响材料的脆性，因为这些奇异性会导致位错的集中和运动受限。

另一个影响因素是材料中的杂质和合金元素。

添加杂质或合金元素可以改变材料的晶体结构和缺陷，从而影响位错的生成和运动。

一些杂质或合金元素可以增加材料的塑性，降低低温脆性，而其他一些杂质或合金元素则会增加材料的脆性。

温度也是低温脆性的重要影响因素。

随着温度的降低，材料中原子的热运动减小，位错和结晶界的运动受到限制，从而使材料更加脆性。

一般来说，当材料的温度接近其熔点时，低温脆性现象最为显著。

综上所述，低温脆性的物理本质在于位错运动受限和结晶界运动受限。

影响因素包括材料的结构、杂质和合金元素以及温度。

低温脆性的物理本质：
宏观上对于那些有低温脆性现象的材料，它们的屈服强度会随温度的降低急剧
增加，而断裂强度随温度的降低而变化不大。

当温度降低到某一温度时，屈服强度增大到高于断裂强度时，在这个温度以下材料的屈服强度比断裂强度大，因此材料在受力时还未发生屈服便断裂了，材料显示脆性。

从微观机制来看低温脆性与位错在晶体点阵中运动的阻力有关，当温度降低时，位错运动阻力增大，原子热激活能力下降，因此材料屈服强度增加。

影响材料低温脆性的因素有（P63，P73）：
1．晶体结构：
对称性低的体心立方以及密排六方金属、合金转变温度高，材料脆性断裂趋势明显，塑性差。

2．化学成分：能够使材料硬度，强度提高的杂质或者合金元素都会引起材料塑性和韧性变差，材料脆性提高。

3．显微组织：①晶粒大小，细化晶粒可以同时提高材料的强度和塑韧性。

因为晶界是裂纹扩展的阻力，晶粒细小，晶界总面积增加，晶界处塞积的位错数减少，有利于降低应力集中；同时晶界上杂质浓度减少，避免产生沿晶脆性断裂。

②金相组织：较低强度水平时强度相等而组织不同的钢，冲击吸收功和韧脆转变温度以马氏体高温回火最佳，贝氏体回火组织次之，片状珠光体组织最差。

钢中夹杂物、碳化物等第二相质点对钢的脆性有重要影响，当其尺寸增大时均使材料韧性下降，韧脆转变温度升高。