如能提高断裂韧性,就能提高材料的抗脆断能力。因此必须了解断裂韧性是受哪些因素控制的。影响断裂韧性的高低,有外部因素,也有内部因素。
外部因素
外部因素包括板材或构件截面的尺寸、服役条件下的温度和应变速率等。
材料的断裂韧性随着板材或构件截面尺寸的增加而逐渐减小,最后趋于一稳定的最低值,即平面应变断裂韧性KIC。这是一个从平面应力状态向平面应变状态的转化过程。
断裂韧性随温度的变化关系和冲击韧性的变化相类似。随着温度的降低,断裂韧性可以有一急剧降低的温度范围,低于此温度范围,断裂韧性趋于一数值很低的下平台,温度再降低也不大改变了。
关于材料在高温下的断裂韧性,Hahn和Rosenfied提出了以下经验公式:
σs——高温下材料的屈服应力,MPa;
εf——高温下单向拉伸时的断裂真应变,
Ψ——高温下单向拉伸时的断面收缩率。
应变速率的影响和温度的影响相似。增加应变速率和降低温度的影响是一致的。
内部因素
内部因素有材料成分和内部组织。作为材料成分与内部组织因素的综合,材料强度是一宏观表现。从力学上而不是冶金学的角度,人们总是首先从材料的强度变化出发来探讨断裂韧性的高低。只要知道材料强度,就可大致推断材料的断裂韧性。图1为AISI 4340(40CrNiMo)钢的断裂韧性和经淬火、回火热处理成不同屈服强度后的相互关系。可见,断裂韧性是随材料屈服强度的降低而不断升高的。这一试验结果是有代表性的,大多数低合金钢均有此变化规律。即使像马氏体时效钢(18Ni)也是如此,只不过同样强度下断裂韧性值较高些而已。