為什麼低溫時東西容易變脆?

時間 2021-05-29 22:56:13

1樓:磁気特性

從物性強度的角度解釋這個問題,我們定義了乙個Ductile–brittle transition temperature(DBTT)的概念,你可以理解為外界溫度低於這個值的話,材料就會表現為脆性。按材工的說法,屈服強度隨溫度降低增加,即屈服點的變化隨溫度下降公升高,但解理斷裂強度卻隨溫度變化很小。溫度高於DBTT時,受載後先發生塑性變形,外力不斷增加,塑性變形量增大,最後斷裂,表現為韌性斷裂;低於DBTT時,外加應力先達到解理斷裂強度,但暫時還不會斷裂,直到發生塑性變形, 瞬間發生的斷裂被判定為脆性斷裂。

至於溫度降低材料韌性會不會繼續表現出來,要知道DBTT並不是乙個定值,載入速率或應力狀態的降低等因素都會讓這個值減小,從而使韌性更多地表現出來。

2樓:境者無界

低溫使原子核自旋進動減弱,旋轉逐漸趨向於同平面(原子核轉軸方向一致),溫度越低在軸方向上的結合力就越弱,導致很容易碎裂。

3樓:陳可知

如果是高分子材料(比如塑料)的話解釋可能會更容易一些。

聚合物分子的運動有若干個層次,從高到低分別是整個分子鏈的運動,鏈段的運動和分子內鍵長鍵角的運動。整個分子鏈的運動在高溫下容易進行,表現出的是不可逆的形變,鏈段運動是巨集觀上彈性的機理,而鍵長鍵角的運動(好吧這代表怎麼樣的運動我給忘了,之後查一下書再補上)。這三種運動分別對應黏流態,高彈態和玻璃態,溫度形變曲線是這樣的

如果溫度降低到Tg(玻璃化轉變溫度)以下,鏈運動和鏈段運動被凍結,高分子材料就處於玻璃態,換句話說冬天的塑料凳子可能一摔就碎就是這個意思。

4樓:好大的風

看到樓上給了那麼多理論資料,展開說也挺複雜的,晶態非晶態,相變和不相變,等等。我就隨意給個簡單易懂的解釋好了,只回答第乙個問題:

低溫情況下,根據統計力學,原子的能量低,即被「凍結」在乙個相對較小的範圍內震動。施加外力的時候,更難發生形變(因為形變的話必然是原子位置要變)。力大到乙個程度的時候,就直接斷鍵——脆裂了。

5樓:嵐鏡夜

已修改,第乙個圖得留著。

如圖,巨集觀上對於那些有低溫脆性的材料,它們的屈服強度會隨溫度降低急劇增加,而斷裂強度隨溫度降低變化不大。當溫度降低到某一溫度時,屈服強度增大到高於斷裂強度的時候,材料在未屈服之前就先達到斷裂強度發生斷裂,材料顯示脆性。從圖上可以看出,當溫度較低的時候,由下向上作一條垂線會先碰到斷裂強度那條線。

也就是說當你施加應力的時候,首先滿足了斷裂的條件,材料在發生變形之前就先斷了,表現出來就很「脆」,沒有變形沒有預兆的直接斷裂。

微觀上,低溫脆性與位錯在晶體點陣中運動的阻力有關,當溫度降低的時候,位錯運動阻力增大,原子熱啟用能力下降,因此材料屈服強度增加 。這是對於之前巨集觀上屈服強度的解釋。就像是樓下所說,溫度低原子被凍住不能活動。

事實上溫度就是微觀粒子運動的巨集觀表示,微觀粒子運動平均速度高則動能大,溫度高。溫度低它們就動不了了,想讓它們動得施加更大的外力。

第二個問題,答案是有。以碳鋼為例,有的合金鋼也有如下現象。

II區,藍脆。藍脆轉變溫度在靜拉伸時範圍是230~370攝氏度,在衝擊載荷的作用下是525~550攝氏度,因此在這個溫度範圍降溫一定滿足第二個問題的條件。其原因是形變時效加速,當溫度上公升到某一適當溫度時,碳、氮原子擴散速率加快易在位錯附近偏聚形成柯氏氣團,提高材料強度。

除了藍脆,還有紅脆,也就是區域III,和高溫脆性區域IV,塑性隨著溫度上公升而下降的,所以這幾個區間降溫會增加塑性。韌性是用來衡量材料吸收塑性變形功和斷裂功的能力,因此也會增加。

至於在常溫下是否存在溫度降低韌性公升高的,我暫且不知道所以無法回答。

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