韧性,物理学概念,表示材料断裂前吸收能量并发生塑性变形的能力。韧性越好,则材料发生
脆性断裂的可能性就越小。在
材料科学及冶金学中,韧性是指材料受力变形时对折断的抵抗能力。韧性可分为
断裂韧性和冲击韧性。断裂韧性是含裂纹体
应力强度因子的临界值。冲击韧性值表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。
材料断裂前吸收能量、发生塑性变形的能力。与
脆性相反,材料在断裂前有较大形变、断裂时断面常呈现
外延形变,此形变不能立即恢复,其应力--形变关系成非线性、消耗的断裂能很大。
韧性是表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。通常以冲击强度的大小、晶状断面率来衡量。韧性越好,则材料发生
脆性断裂的可能性就越小。韧性大的材料比较柔软,拉伸断裂伸长率、抗冲击强度较大;硬度、拉伸强度和拉伸
弹性模量相对较小。而刚性材料的硬度、拉伸强度较大;断裂伸长率和冲击强度就可能低一些;拉伸弹性模量就较大。
弯曲强度也可反映材料的刚性大小,弯曲强度大则材料的刚性大,反之则韧性大。ASTMD790弯曲性能标准试验方法中声明,这些测试方法适合于刚性材料也适合于半刚性材料。未说它适合于韧性材料,所以韧性很大的
弹性体是不会去测试弯曲强度的。这说明:韧性和刚性与测试的力学性能关系是相对的。也有例外,例如用
玻璃纤维增强塑料后,它的刚性变大,但也可能出现拉伸强度和冲击强度都增加的可能。
在冲击、震动
荷载作用下,材料可吸收较大的能量产生一定的变形而不破坏的性质称为韧性或冲击韧性。建筑钢材(
低碳钢)、木材、塑料等是比较典型的韧性材料。路面、桥梁、吊车梁及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。刚性和
脆性一般是连在一起的。脆性是指当外力达到一定限度时,材料发生无先兆的突然破坏,且破坏时无明显塑性变形的性质。脆性
材料力学性能的特点是
抗压强度远大于抗拉强度,破坏时的极限应变值极小。砖、石材、陶瓷、
玻璃、混凝土、
铸铁等都是脆性材料。与韧性材料相比,它们对抵抗冲击
荷载和承受震动作用是相当不利的。作为
硬塑料,我们希望它同时具有良好的韧性和刚性。在改善材料的韧性时,还应想方设法提高刚性。一般加入
弹性体可增加韧性,加入
无机化合物填料可增加刚性。最有效的方法是将弹性体的增韧和填料的增强结合起来。
断裂韧性材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量,也是材料抵抗
脆性破坏的韧性参数。它和裂纹本身的大小、形状及外加
应力大小无关,是材料固有的特性,只与材料本身、
热处理及加工工艺有关。断裂韧性是含裂纹体应力强度因子的临界值。常用断裂前物体吸收的能量或外界对物体所作的功表示。例如应力-应变曲线下的面积。韧性材料因具有大的断裂伸长值,所以有较大的断裂韧性,而脆性材料一般断裂韧性较小。
冲击韧性是反映
金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力,一般由冲击韧度(ak)或冲击功(Ak)表示,其单位分别为J/cm和J(
焦耳)。冲击韧性或冲击功试验(简称"冲击试验"),因试验温度不同而分为常温、低温和高温冲击试验三种;若按试样缺口形状又可分为"V"形缺口和"U"形缺口冲击试验两种。冲击韧度指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向。
冲击韧度ak表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。ak值的大小表示材料的韧性好坏。冲击载荷试样被折断而消耗的能量被称作冲击功Ak。一般把ak值低的材料称为
脆性材料,ak值高的材料称为韧性材料。ak值取决于材料及其状态,同时与试样的形状、尺寸有很大关系。ak值对材料的内部结构缺陷、显微组织的变化很敏感,如夹杂物、偏析、气泡、内部裂纹、钢的
回火脆性、
晶粒粗化等都会使ak值明显降低;同种材料的试样,缺口越深、越尖锐,缺口处
应力集中程度越大,越容易变形和断裂,冲击功越小,材料表现出来的脆性越高。因此不同类型和尺寸的试样,其ak或Ak值不能直接比较。材料的ak值随温度的降低而减小,且在某一温度范围内,ak值发生急剧降低,这种现象称为冷脆,此温度范围称为“韧脆转变温度()”。冲击韧度指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向。
常用的
断裂韧性单位为;常用来
表征冲击韧性的冲击韧度(ak)H和冲击功(Ak)的单位分别是用
焦耳每立方米(J/m)和J(焦耳)。