脆性材料

脆性

　　材料在外力作用下（如拉伸、 冲击等）仅产生很小的变形即破坏断裂的性质。

　　聚合物脆性与聚合物结构及使用条件（温度、外力作用速率等）有关，柔性链高分子聚合物脆性小，韧性好；刚性链高分子则相反。

材料

脆性材料

材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物，一般都不算是材料。但是这个定义并不那么严格，如炸药、固体火箭推进剂，一般称之为“含能材料”，因为它属于火炮或火箭的组成部分。材料是人类赖以生存和发展的物质基础。20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。这主要是因为材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。材料除了具有重要性和普遍性以外，还具有多样性。由于多种多样，分类方法也就没有一个统一标准。

　　从物理化学属性来分，可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料所组成的复合材料。从用途来分，又分为电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。更常见的两种分类方法则是结构材料与功能材料；传统材料与新型材料。结构材料是以力学性能为基础，以制造受力构件所用材料，当然，结构材料对物理或化学性能也有一定要求，如光泽、热导率、抗辐照、抗腐蚀、抗氧化等。功能材料则主要是利用物质的独特物理、化学性质或生物功能等而形成的一类材料。一种材料往往既是结构材料又是功能材料，如铁、铜、铝等。传统材料是指那些已经成熟且在工业中已批量生产并大量应用的材料，如钢铁、水泥、塑料等。这类材料由于其量大、产值高、涉及面广泛，又是很多支柱产业的基础，所以又称为基础材料。新型材料(先进材料)是指那些正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料。新型材料与传统材料之间并没有明显的界限，传统材料通过采用新技术，提高技术含量，提高性能，大幅度增加附加值而成为新型材料；新材料在经过长期生产与应用之后也就成为传统材料。传统材料是发展新材料和高技术的基础，而新型材料又往往能推动传统材料的进一步发展。

　　脆性断口宏观特征—断口表面平齐,断口边缘没有剪切“唇口”。断口的颜色比较光亮,有时稍有灰暗,光亮的脆性断口的宏观...脆性断口微观特征—脆性断裂的微观判断是解理花样和沿晶断口形态;铸铁（牌号一般为以Q、HT等开头的材料）,与非金属材料都是脆性材料。

　　温度变化，应力情况，材料的疲劳极限，耐磨性，工作环境等等，结构主要还是从应力分布，大小，以及耐磨性等角度考虑。

　　材料的冲击吸收功能随温度的降低而降低，当试验温度低于TK时，冲击吸收功明显下降，材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象称为低温脆性。

　　brittleness

 脆性断裂口　　材料在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。

　　聚合物脆性与聚合物结构及使用条件(温度、外力作用速率等)有关，柔性链高分子聚合物脆性小，韧性好；刚性链高分子则相反。常用冲击强度或断裂伸长表征聚合物的脆性。

　　“物体受拉力或冲击时,容易破碎的性质”；

　　“材料在断裂前未觉察到的塑性变形的性质”

          brittle fracture 构件未经明显的变形而发生的断裂。断裂时材料几乎没有发生过塑性变形。如杆件脆断时没有明显的伸长或弯曲，更无缩颈，容器破裂时没有直径的增大及壁厚的减薄。脆断的构件常形成碎片。材料的脆性是引起构件脆断的重要原因。

　　脆性断裂一般发生在高强度或低延展性、低韧性的金属和合金上。另一方面，即使金属有较好的延展性，在下列情况下，也会发生脆性断裂，如低温，厚截面，高应变率（如冲击），或是有缺陷。脆性断裂引起材料失效一般是因为冲击，而非过载。

　　经长期研究，人们认识到，过去我们把材料看做毫无缺陷的连续均匀介质是不对的。材料内部在冶炼、轧制、热处理等各种制造过程中不可避免地产生某种微裂纹，而且在无损伤检验是又没有被发现。那么，在使用过程中，由于应力集中、疲劳、腐蚀等原因，裂纹会进一步扩展。当裂纹尺寸达到临界尺寸是，就会发生低应力脆断的事故。

　　脆性断口宏观特点： ¨ 断口平齐而光亮，且与正应力垂直；

　　¨ 断口呈人字或放射花样；

　　塑性是指金属材料在载荷外力的作用下， 产生永久变形 （塑性变形） 而不被破坏的能力。 金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸 长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。 金属材料的延伸率和断面收缩率愈大， 表示该材料的塑性愈好， 即材料能承受较大的塑 性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而 把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。

　　塑性好的材料，它能在 较大的宏观范围内产生塑性变形， 并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化， 从而 提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工 艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定 的塑性指标。 钛的力学性能 1.密度小，比强度高金属钛的密度为 4.51g/cm3，高于铝而低于铁、铜、镍，但比强度位于 金属之首， 2.耐腐蚀性能钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大， 但实际上钛在许多介质中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性介质中是耐腐蚀性的。这 是因为钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一种致密的、附着力 强、 惰性大的氧化膜， 保护了钛基体不被腐蚀， 即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。 这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。 介质温度在 315*c 以下钛的氧化膜始终保持这一特 性。为了提高钛的耐蚀性，研究出氧化、电镀、等离子喷涂、离子氮化、离子注入和激光处 理等表面处理技术。对钛的氧化膜起到了增强保护性作用。获得了所希望的耐腐蚀效果。

　　针对在硫酸、盐酸、甲胺溶液、高温湿氯气和高温氯化物等生产中对金属材料的需要，开发出 钛-钼，钛-钯，钛-钼-镍等一系列耐蚀钛合金。钛铸件使用了钛-32 钼合金，对常发生缝隙腐 蚀或点蚀的环境使用了钛-0.3 钼-0.8 镍合金或钛设备的局部使用了钛-0.2 鈀合金，均获得了 很好的使用效果。 

　　3.耐热性能好新型钛合金能在 600*C 或更高的温度下长期使用。 

　　4.耐低温性能好其强度随温度的降低而提高，但塑性变化却不大，在-196-253*c 低温下保持 良好的延性及韧性。避免了金属冷脆性，是低温容器，贮箱等设备的理想材料。 

　　5.抗阻尼性能强。金属钛受到机械振动，电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时 间最长， 利用钛的这一性能可做音叉、 医学上的超声粉碎机振动元件和高级音响扬声器的振 动薄膜等。 

　　6.无磁性、无毒钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，无毒且与人体组织及血液 有好的相容性，所以被医疗界采用。 

　　7.抗拉强度与其屈服强度接近钛的这一性能说明了其屈强比（抗拉强度/屈服强度）高，表示 了金属太材料在成型是塑性变形差， 由于钛的屈服极限与弹性膜量的比值大， 使钛成型时的 回弹能力大。 

　　8.换热性能好金属态的导热系数虽然比碳钢和铜低，但由于钛优异的耐腐蚀性能，使用壁厚 可以大大减薄，而且表面与蒸汽的换热方式为滴状冷凝，减少了热阻，钛表面不结垢也可减 少热阻，使钛的换热性能显著提高。 

　　9.弹性模量低钛的弹性模量在常温时为 106.4GMPa，为钢的 57%。 

　　10.吸气性能钛是一种化学性质非常活泼的金属， 在高温下可与许多元素和化合物发生反应。 钛吸气主要指高温下与碳、氢、氧发生反应。

钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含 量不超过 0.1％，但其强度低、塑性高。99.5％工业纯钛的性能为：密度 ρ=4.5g/cm3，熔点 为 1800℃，导热系数 λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度 σb=539MPa，伸长率 δ=25％，断面收缩率 ψ=25％，弹性模量 E=1.078×105MPa，硬度 HB195。