题目

试说明低温脆性的物理本质及其影响因素

题目解答

答案

答: 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。影响因素: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。

解析

考查要点：本题主要考查对材料低温脆性现象的理解，包括其物理本质和影响因素。
解题核心思路：

  1. 物理本质需从宏观力学性能变化和微观位错运动机制两方面分析。
  2. 影响因素需结合材料内部结构（如晶体类型、合金成分）和外部条件（如应变速率）展开。
    破题关键点：明确低温下屈服强度与断裂强度的相对变化关系，以及位错运动阻力与温度的关系。

物理本质

  1. 宏观表现：
    • 屈服强度随温度降低急剧增加，材料更难发生塑性变形。
    • 断裂强度变化较小，导致屈服强度超过断裂强度时，材料未屈服即断裂。
  2. 微观机制：
    • 位错运动受阻：低温下位错在晶体点阵中运动的阻力增大，原子热激活能力下降，阻碍塑性变形。
    • 能量不足：温度降低使原子热振动减弱，无法通过滑移释放应变能，材料直接断裂。

影响因素

  1. 晶体结构：
    • 体心立方（BCC）和密排六方（HCP）金属：滑移系少，低温下塑性更差。
    • 面心立方（FCC）金属：滑移系多，低温脆性不明显。
  2. 合金成分：
    • 合金元素（如碳、磷）会增加位错运动阻力，提高低温脆性敏感性。
  3. 杂质与缺陷：
    • 第二相粒子或晶格缺陷会钉扎位错，降低塑性。
  4. 应变速率：
    • 高速加载使材料无足够时间通过塑性变形释放应力，加剧脆性。