材料的韧性

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册上》第675页（1065字）

韧性是材料对断裂过程的抗力。在过去的设计过程中，因为韧性数据不能得到足够的表现而对其重视不够，对于大型结构，因韧性而失效的事例并不少见，为此，通常采用大的安全系数，以弥补其不足。近年来，精密设计(低的安全系数)的采用、焊接结构件的广泛使用以及厚重压力容器等的设计，均要求重视材料的韧性，表2．4－9列出材料韧性与脆性的对比。

表2．4－9 材料韧性与脆性的对比

对材料的韧性有两种评估方法：一是用韧脆转变温度FATT，如图2．4－2；二是用断裂韧性KIc等指标。第一种方法用于评估低强度钢材的韧性，韧脆转变温度愈低，材料的韧性愈佳。对于强度较高的材料，以采用第二种方法为宜．几种高强度钢的断裂韧性同其屈服极限的关系如图2．4－3所示。一般的规律是，屈服极限低时，断裂韧性高，反之则低。但不同类型钢之间的差别较大。如马氏体时效钢和TRIP(相变诱发塑性)钢，不仅强度高，K^Ic值亦高。表2．4－10列出几种典型材料的断裂韧性值。一般认为，K_IC在60MPam^1／2左右时，则该材料可视为韧性材料。断裂韧性值高的材料，能容忍的裂纹尺寸、表面缺陷尺寸均大，而不致发生断裂。一般钢的σ_s值低时，其断裂韧性值较高。这是因为在其裂纹的前缘形成的大塑性变形区阻止了裂纹的扩展。选用高强度钢制作零件时，应注意使其表面光洁度提高，不使应力集中源出现，以免引起裂纹扩展而断裂。在满足经济性的前提下，应尽量选用σ，高而且断裂韧性K_IC亦高的材料用断裂韧性不同的钢所制造的零件，在一定应力下所能容许存在的缺陷、裂纹的最大尺寸，如图2．4－4所示。

图2．4－2 低强度钢的夏氏冲击韧性曲线FATT－按断口形貌判定韧脆转变温度；UsE－曲线的上平台能量；NDT－无塑性转变温度。

图2．4－3 各种高强度钢的断裂韧性(K_IC)与其屈服强度的关系

表2．4－10 平面应变断裂韧性K_IC的典型值

注：①Td为自然时效。

②T6为人工时效。

图2．4－4 淬火、回火钢的断裂韧性与容许存在的缺陷或裂纹尺寸的关系