基本介紹
- 中文名：韌性
- 外文名：toughness
- 性質：材料變形時吸收變形力的能力
- 相反：脆性
- 衡量：衝擊強度的大小、晶狀斷面率
- 分類：斷裂韌性、衝擊韌性
定義解釋,韌性分類,測量單位,
定義解釋
材料變形時吸收變形力的能力。材料的斷裂前吸收能量和進行塑性變形的能力。與脆性相反，材料在斷裂前有較大形變、斷裂時斷面常呈現外延形變，此形變不能立即恢復，其應力--形變關係成非線性、消耗的斷裂能很大的材料。
通常以衝擊強度的大小、晶狀斷面率來衡量。韌性是表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。韌性越好，則發生脆性斷裂的可能性越小。韌性的材料比較柔軟，它的拉伸斷裂伸長率、抗衝擊強度較大；硬度、拉伸強度和拉伸彈性模量相對較小。而剛性材料它的硬度、拉伸強度較大；斷裂伸長率和衝擊強度就可能低一些；拉伸彈性模量就較大。彎曲強度反應材料的剛性大小，彎曲強度大則材料的剛性大，反之則韌性大。在ASTMD790彎曲性能標準試驗方法中說，這些測試方法適合於剛性材料也適合於半剛性材料。未說它適合於韌性材料，所以韌性很大的彈性體是不會去測試彎曲強度的。以上說的韌性和剛性與測試的力學性能關係是相對的。可能會出現意外。例如用玻纖增強塑膠後，它的剛性變大，但也可能出現拉伸強度和衝擊強度都增加的可能。
材料韌性
材料韌性在衝擊，震動荷載作用下，材料可吸收較大的能量產生一定的變形而不破壞的性質稱為韌性或衝擊韌性。建築鋼材(軟鋼)、木材、塑膠等是較典型的韌性材料。路面、橋樑、吊車梁及有抗震要求的結構都要考慮材料的韌性。剛性和脆性一般是連在一起的。脆性是指當外力達到一定限度時，材料發生無先兆的突然破壞，且破壞時無明顯塑性變形的性質。脆性材料力學性能的特點是抗壓強度遠大於抗拉強度，破壞時的極限應變值極小。磚、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、鑄鐵等都是脆性材料。與韌性材料相比，它們對抵抗衝擊荷載和承受震動作用是相當不利的。作為工程塑膠，我們希望它同時具有良好的韌性和剛性。在改善材料的韌性時，還應設法提高剛性。一般加入彈性體可增加韌性，加入無機填料可增加剛性。最有效的方法是將彈性體的增韌和填料的增強結合起來。
韌性分類
斷裂韌性
斷裂韌性材料阻止巨觀裂紋失穩擴展能力的度量，也是材料抵抗脆性破壞的韌性參數。它和裂紋本身的大小、形狀及外加應力大小無關。是材料固有的特性，只與材料本身、熱處理及加工工藝有關。是應力強度因子的臨界值。常用斷裂前物體吸收的能量或外界對物體所作的功表示。例如應力-應變曲線下的面積。韌性材料因具有大的斷裂伸長值，所以有較大的斷裂韌性，而脆性材料一般斷裂韌性較小。
衝擊韌性
衝擊韌性是反映金屬材料對外來衝擊負荷的抵抗能力，一般由衝擊韌性值（ak）和衝擊功（Ak）表示，其單位分別為J/cm2和J（焦耳）。衝擊韌性或衝擊功試驗（簡稱"衝擊試驗"），因試驗溫度不同而分為常溫、低溫和高溫衝擊試驗三種；若按試樣缺口形狀又可分為"V"形缺口和"U"形缺口衝擊試驗兩種。衝擊韌度指標的實際意義在於揭示材料的變脆傾向。
衝擊韌度ak表示材料在衝擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。ak值的大小表示材料的韌性好壞。一般把ak值低的材料稱為脆性材料，ak值高的材料稱為韌性材料。ak值取決於材料及其狀態，同時與試樣的形狀、尺寸有很大關係。ak值對材料的內部結構缺陷、顯微組織的變化很敏感，如夾雜物、偏析、氣泡、內部裂紋、鋼的回火脆性、晶粒粗化等都會使ak值明顯降低；同種材料的試樣，缺口越深、越尖銳，缺口處應力集中程度越大，越容易變形和斷裂，衝擊功越小，材料表現出來的脆性越高。因此不同類型和尺寸的試樣，其ak或Ak值不能直接比較。材料的ak值隨溫度的降低而減小，且在某一溫度範圍內，ak值發生急劇降低，這種現象稱為冷脆，此溫度範圍稱為“韌脆轉變溫度（Tk）”。衝擊韌度指標的實際意義在於揭示材料的變脆傾向。
測量單位
韌性在國際單位制中是用焦耳每立方米（J/m3）來測量；在英制中是用磅力每平方英寸來測量。
