[科普中国]-韧性

韧性，物理学概念，表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。韧性可在材料科学及冶金学上，韧性是指材料受到使其发生形变的力时对折断的抵抗能力，其定义为材料在破裂前所能吸收的能量与体积的比值。

定义解释材料变形时吸收变形力的能力。材料的断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力。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、消耗的断裂能很大的材料。

通常以冲击强度的大小、晶状断面率来衡量。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。韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。韧性的材料比较柔软，它的拉伸断裂伸长率、抗冲击强度较大；硬度、拉伸强度和拉伸弹性模量相对较小。而刚性材料它的硬度、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。弯曲强度反应材料的刚性大小，弯曲强度大则材料的刚性大，反之则韧性大。在ASTMD790弯曲性能标准试验方法中说，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。以上说的韧性和刚性与测试的力学性能关系是相对的。可能会出现意外。例如用玻纤增强塑料后，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。1

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(软钢)、木材、塑料等是较典型的韧性材料。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。作为工程塑料，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，还应设法提高刚性。一般加入弹性体可增加韧性，加入无机填料可增加刚性。最有效的方法是将弹性体的增韧和填料的增强结合起来。2

韧性分类断裂韧性

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。是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。2

冲击韧性

冲击韧性是反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力，一般由冲击韧性值（ak）和冲击功（Ak）表示，其单位分别为J/cm2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。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（Tk）”。冲击韧度指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向。3

测量单位韧性在国际单位制中是用焦耳每立方米（J/m3）来测量；在英制中是用磅力每平方英寸来测量。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所