了解材料的脆性

在应力作用下，如果材料在几乎没有弹性变形和很少或没有塑性变形的情况下破裂，则称其为脆性材料。即使是具有高强度的脆性材料，在断裂前也倾向于吸收相对较少的能量。有东西破裂时，经常会发出响亮的啪啪声。

它通常用于在材料研究中使用时在失效之前几乎没有塑性变形时失效的材料。由于没有任何塑性变形，断裂的部分应该完美地结合在一起，这是验证这一点的一种方法。

在本文中，您将得到以下问题的讨论：

• 什么是脆性？
• 不同材料的脆性
• 材料如何变脆？
• 压力对脆性有什么影响？

什么是脆性？

术语“脆性”是指材料在压力下倾向于断裂，但在此之前仅略微变形。高抗压强度和低抗拉强度是脆性材料的特点，变形小，抗载荷冲击和振动能力差，抗压强度高。大多数非金属无机材料都是易碎的。

在应力作用下，如果材料在几乎没有弹性变形和很少或没有塑性变形的情况下破裂，则称其为脆性材料。即使是具有高强度的脆性材料，在断裂前也倾向于吸收相对较少的能量。有东西破裂时，经常会发出响亮的啪啪声。

它通常用于在材料研究中使用时在失效之前几乎没有塑性变形时失效的材料。由于没有任何塑性变形，断裂的部分应该完美地结合在一起，这是验证这一点的一种方法。

低于称为玻璃化转变温度 (Tg) 或韧性到脆性转变温度 (DBTT) 的阈值温度，金属和聚合物会变脆。尤其是当力作用于身体时，这种快速变化是灾难性的。观察到断裂扩展与通过分子晶粒或晶粒边界的作用力正交。

在这种情况下，温度会影响材料的分子结构，从而阻止其保持柔韧性，从而导致材料失效。一般来说，所有材料在超过其极限时最终都会失效，然而，脆性是指材料在形状或尺寸发生变化之前失效的趋势。

脆性材料的失效在两种情况下发生：作用于材料表面的应力和低于材料熔点的环境温度。

不同材料的脆性

以下是材料的脆性等级：

聚合物

聚合物的机械性能易受接近室温的温度波动的影响。例如，聚甲基丙烯酸甲酯在 4°C 时非常脆，但随着温度的升高变得更易延展。

无定形聚合物是那些对温度变化有不同响应的聚合物。在低温下，它们可能表现得像玻璃（玻璃状区域），在中等温度下，它们可能表现得像橡胶状固体（革质或玻璃化转变区域），而在较高温度下，它们可能表现得像粘性液体（橡胶状流动区和粘性流动区）。

粘弹性行为是此动作的名称。无定形聚合物在玻璃状区域中将是硬而脆的。随着温度的升高，聚合物的脆性会降低。

金属

由于它们的滑移系统，一些金属表现出易碎的特性。金属的脆性越小，滑移系统越多，因为其中几个滑移系统会发生塑性变形。另一方面，由于可能发生较少的塑性变形，滑动系统较少，金属会更脆。例如，HCP（六方密排）金属通常很脆，几乎没有活动滑移系统。

陶瓷

由于位错运动或滑动的困难，陶瓷通常是易碎的。结晶陶瓷的滑移系统数量有限，这使得变形具有挑战性并增加了陶瓷的脆性。

离子键通常存在于陶瓷材料中。由于离子的电荷以及它们对具有相似电荷的其他离子的吸引力，滑移进一步受到限制。

材料如何变脆？

通过增韧，材料可以变得更脆或更脆。当材料达到其强度极限时，通常有两种选择：变形或断裂。通过防止塑性变形机制，可以使天然柔韧的金属变得更坚固，但如果这样做到极端，则更有可能导致断裂，并且材料会变脆。因此，增加材料的韧性需要仔细平衡。

玻璃和其他天然易碎的材料可以有效地增韧。这些方法中的大多数使用两种机制中的一种：在裂缝尖端扩展时偏转或吸收裂缝尖端，或者产生精确调节的残余应力，从而驱动特定已知来源的裂缝闭合。

夹层玻璃由两片由聚乙烯醇缩丁醛夹层隔开的玻璃组成，采用第一原理。作为粘弹性聚合物，聚乙烯醇缩丁醛吸收膨胀的裂纹。钢化玻璃和预应力混凝土均采用第二种技术。

鲁珀特王子的水滴提供了玻璃钢化的例证。高抗冲聚苯乙烯（也称为 HIPS）很好地说明了如何通过在样品受压时掺入金属颗粒以引起裂纹，从而使脆性聚合物变得更坚韧。碳化硅和相变增韧氧化锆是最不易碎的结构陶瓷。

复合材料，例如，脆性玻璃纤维被掺入到可延展的基质状聚酯树脂中，采用了独特的理念。在玻璃-基体界面处，在张力下会出现裂缝，但裂缝太多，会吸收大量能量，使材料更耐用。金属基复合材料的制造采用相同的基本思想。

压力对脆性有什么影响？

通常，压力可用于提高材料的脆性强度。例如，这种情况发生在地壳深处约 10 公里（6.2 英里）处的脆韧过渡区，那里的岩石更容易发生韧性弯曲且不易断裂。

常见问题解答

什么是脆性及其例子？

在应变超过其弹性极限后，脆性材料几乎迅速开始破裂或破裂，因为它们具有微小的塑性区。脆性材料包括骨头、铸铁、瓷器和混凝土。

什么是延展性和脆性？

脆性是指材料在拉伸压力下断裂或断裂而不是塑性弯曲的倾向，而延展性是指固体材料这样做的能力。

脆性有哪些类型？

穿晶断裂和沿晶断裂是脆性断裂的两种主要形式。

脆性是金属的特性吗？

陶瓷、玻璃和冷金属通常构成脆性材料的大部分。金属脆性有助于确定延性材料变脆的临界冷却温度。

什么是脆性材料？

玻璃、陶瓷、石墨和一些塑性极低的合金是脆性材料的例子。在这些材料中，裂纹可以在没有塑性变形的情况下开始，并迅速发展为脆性断裂。

总结

脆性是为项目选择材料时要考虑的基本属性。它指的是材料在压力下倾向于断裂，但在此之前仅会轻微变形。脆性材料具有抗压强度高、抗拉强度低、变形小、抗载荷冲击和振动能力差、抗压强度高等特点。

这就是本文的全部内容，其中提供了以下问题的答案：

• 什么是脆性？
• 不同材料的脆性
• 材料如何变脆？
• 压力对脆性有什么影响？

我希望您从阅读中学到很多东西，如果是这样，请与他人分享。感谢阅读，再见！