在材料研发中,经常会遇到材料的韧性这个概念。韧性、强度以及塑性,都是材料的性能参数。
韧性是材料的一个很重要的性能参数,它反映的是材料断裂前吸收塑性变形功以及断裂功的能力,也就是材料抗裂纹扩展的能力。
强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力。
塑性是指材料在应力超过一定限度的条件下,不断裂而继续变形的能力。
材料的韧性与强度以及塑性,既有联系又有区别。
材料的强度高,韧性不一定好。同样,材料的塑性好,韧性也不见得就高。只有材料的塑性与强度都较高,其韧性才算好。
材料的韧性常常用韧度来衡量。拉伸断裂的试样的韧度,可以用一个积分公式表示,就是
其物理意义就是材料应力应变曲线下的面积。
图1
如图1,在材料的应力应变曲线上,位于A区域的材料,强度高,塑性低,韧性差,位于B区域的材料,塑性高,强度低,韧性也差。
只有位于C区域的材料,塑性强度适中,而韧性很高。
材料的韧性并不是一成不变的,温度对材料的影响很明显。有的材料在一定的温度下韧性很好,但低于某一温度,却变得异常脆。
这个材料低于某一温度突然变脆的温度,就是脆性转变温度。
工程上常常用冲击韧性揭示材料的变脆倾向。
冲击试验的设计温度一般要低于材料正常使用的最低的环境温度。
一般要求材料的韧脆转变温度低于环境可能出现的最低温度。
因此,在南方可以正常使用的金属材料,到北方就不一定安全,这个都需要试验验证。
历史上因气温较低,金属构件发生脆断事故并不鲜见。最为严重的例子是1938年,Hassled桥的脆断。该桥全长74.5米,焊接结构,当时气温零下20℃的情况下,整座桥梁毫无征兆地断成三段坠入河中。