馬 偉， 姜自強(qiáng)， 姜安婕

（1.合肥美亞光電技術(shù)股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.安徽省電力科學(xué)研究院，安徽 合肥 230601；3.合肥工業(yè)大學(xué) 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

1 轉(zhuǎn)變溫度曲線的數(shù)學(xué)模型及其特征

系列沖擊試驗(yàn)可以揭示隨著溫度降低時，材質(zhì)沖擊韌性的變化趨勢，更全面地反映了材質(zhì)韌性特征，且因與斷裂韌性試驗(yàn)、模擬實(shí)物工件的大型抗斷試驗(yàn)相比，沖擊試驗(yàn)簡單實(shí)用、成本較低，累計(jì)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)也頗為豐富，因而在機(jī)械、電力、橋梁、船舶，特別是核工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)制造、選材、安全控制等方面得到廣泛的重視和應(yīng)用［1－2］。系列沖擊試驗(yàn)韌性測量值－試驗(yàn)溫度表示的轉(zhuǎn)變溫度的典型曲線如圖1所示。

圖1 系列沖擊試驗(yàn)韌性測量值－試驗(yàn)溫度曲線

其中，沖擊試驗(yàn)韌性測量值E指夏比沖擊試驗(yàn)測得的體現(xiàn)韌性性質(zhì)的參數(shù)，如沖擊功Akv、沖擊韌性akv、韌性斷面率F、側(cè)向膨脹值s等，ES、TS為曲線上指定點(diǎn)S的坐標(biāo)。

由圖1可見，轉(zhuǎn)變溫度曲線在高溫側(cè)有沖擊試驗(yàn)韌性測量值水平段即上平臺U，而在低溫側(cè)也有水平段即下平臺L，中間段有下平臺向上平臺逐漸轉(zhuǎn)變的區(qū)域，可稱之為轉(zhuǎn)變溫度區(qū)。轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的曲線呈現(xiàn)連續(xù)、單調(diào)遞增的數(shù)學(xué)特征，其間存在拐點(diǎn)I。

工程上，習(xí)慣于采用某個指標(biāo)（例如強(qiáng)度指標(biāo)抗拉強(qiáng)度、塑性指標(biāo)延伸率等）來評定材質(zhì)的某種性能，因而也產(chǎn)生了理論上的轉(zhuǎn)變溫度指標(biāo)，以期定量表征并可用以比較材料沖擊韌性隨溫度變化出現(xiàn)的韌性變化特征。

但如上所述，沖擊試驗(yàn)測得的體現(xiàn)韌性性質(zhì)的參數(shù)有多種，而且轉(zhuǎn)變溫度的定義也有多種，不同行業(yè)、不同研究者因?qū)Ω鞣N轉(zhuǎn)變溫度的意義、價值、利弊認(rèn)識程度以及經(jīng)驗(yàn)積累程度不同而有著不同的偏好，其中，沖擊功轉(zhuǎn)變溫度迄今仍有歧義，因此，對其進(jìn)行深入分析和探討并加以澄清顯得十分必要。

迄今，國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)都沒有從系列沖擊試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)求得轉(zhuǎn)變溫度的具體方法，美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM A370給出了略微詳細(xì)的原則性的規(guī)定［3］：若規(guī)定轉(zhuǎn)變溫度為達(dá)到某個測試值的溫度，則在繪制的沖擊值－溫度最佳擬合曲線上，以圖形內(nèi)插（不許外插）的方式確定該曲線與規(guī)定測試值的交點(diǎn)為轉(zhuǎn)變溫度，并精確到3℃。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也沒有明確規(guī)定沖擊試驗(yàn)轉(zhuǎn)變溫度曲線的物理計(jì)算模型，一直以來多采用手工繪制韌性測量值－溫度曲線，主要依靠經(jīng)驗(yàn)方法確定轉(zhuǎn)變溫度曲線的特征參數(shù)，例如上、下平臺值及轉(zhuǎn)變溫度值。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的研究工作者不再滿足手工、經(jīng)驗(yàn)且低效的方法，不斷嘗試用數(shù)學(xué)函數(shù)來模擬轉(zhuǎn)變溫度曲線，并采用非線性回歸方法獲得轉(zhuǎn)變溫度曲線的數(shù)學(xué)描述，例如采用局部線性、線性多項(xiàng)式、雙曲正切函數(shù)的模型。從文獻(xiàn)［4－8］來看，非線性數(shù)學(xué)函數(shù)模型——雙曲正切函數(shù)模型得到較多的認(rèn)同，該模型為：

其中，E為韌性測量值（Akv、akv、F、s）；T為試驗(yàn)溫度；Emax、Emin分別為上下平臺U和L的韌性測量值；Tc為曲線拐點(diǎn)的溫度坐標(biāo)；d為轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的度量。通過S形曲線拐點(diǎn)的切線方程為：

其中，（Emid，Tc）為S形曲線的拐點(diǎn)位置坐標(biāo)，且Emid＝（Emin＋Emax）／2，Emid、Tc反映了轉(zhuǎn)變溫度曲線的位置特征，故可稱之為位置參數(shù)。轉(zhuǎn)變區(qū)韌性測量值區(qū)間理論長度為Emax－Emin，轉(zhuǎn)變區(qū)溫度區(qū)間理論寬度為4d。

過拐點(diǎn)的切線線段AB與上下平臺構(gòu)成轉(zhuǎn)變溫度曲線的簡化形態(tài)。溫度超過Tc＋2d，進(jìn)入韌性測量值上平臺區(qū)，溫度趨向足夠大時，E→Emax；而溫度低于Tc－2d，進(jìn)入下平臺區(qū)，當(dāng)溫度足夠低，E→Emin。即轉(zhuǎn)變曲線理論上下平臺分別是Emax、Emin，轉(zhuǎn)變曲線溫度區(qū)間上下界分別為Tc＋2d、Tc－2d?？梢姡珽max－Emin和4d決定了轉(zhuǎn)變溫度曲線的范圍和形態(tài)，故可稱之為形狀參數(shù)。

位置參數(shù)和形狀參數(shù)決定了轉(zhuǎn)變溫度曲線的全部特征，亦即揭示了材料的低溫韌性特征。稍作變量替換容易證明，該模型的表達(dá)式為：

而轉(zhuǎn)變溫度的理論定義可以用該理論模型加以確定，例如，拐點(diǎn)位置溫度坐標(biāo)是一個理論轉(zhuǎn)變溫度，即Emid對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度，還可以通過（1）式方便地求得轉(zhuǎn)變曲線上其他各特征點(diǎn)，任意韌性測量值ES對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度TS為：

例如，韌性測量值為上平臺1／2，即Emax／2對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度T0.5u為：

可見，同一模型（即同一材料）計(jì)算Emax／2對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度和Emid對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度有所不同，即：T0.5u≠Tc，當(dāng)Emin＝0時，T0.5u＝Tc。

采用數(shù)學(xué)模型表達(dá)轉(zhuǎn)變溫度曲線，其各項(xiàng)特征參數(shù)可以從試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸擬合獲得，其物理意義也更為清晰，更容易定量分析各參數(shù)之間的關(guān)系，且計(jì)算規(guī)范、重復(fù)性好、可比性強(qiáng)，可以排除主觀因素，使分析結(jié)果更為客觀、科學(xué)。材質(zhì)韌性水平由于材質(zhì)類型（化學(xué)成分、熱處理工藝）、受損傷程度及運(yùn)行歷史等因素的不同而存在差異，故根據(jù)上述理論模型，不同材質(zhì)的轉(zhuǎn)變溫度曲線特征可以以轉(zhuǎn)變溫度曲線模型參數(shù)的變化或差異表現(xiàn)出來，大致可以分為幾種典型類型，如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)變溫度曲線對理論轉(zhuǎn)變溫度影響模式的簡化形態(tài)

其他變化可看作是簡化的基本變化形態(tài)的組合，其結(jié)果導(dǎo)致更為復(fù)雜的情況。例如，下平臺區(qū)域基本不變，上平臺抬高；上平臺區(qū)域基本不變，下平臺抬高；上下平臺之間區(qū)域出現(xiàn)交叉，如圖3所示，圖3中，TS1和TS2分別為材質(zhì)1和材質(zhì)2指定韌性測量值ES對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度?？梢?，在2種材質(zhì)韌性水平相差不大的復(fù)雜情況下，只能在工作溫度條件下進(jìn)行局部比較才有實(shí)際意義。形狀參數(shù)Emax－Emin和d變化不會出現(xiàn)負(fù)值，這是由轉(zhuǎn)變溫度曲線基本物理特性決定的。

圖3 轉(zhuǎn)變溫度曲線對理論轉(zhuǎn)變溫度影響模式的復(fù)雜形態(tài)

2 轉(zhuǎn)變溫度的定義及其意義

從上述轉(zhuǎn)變溫度特征曲線可知，所謂轉(zhuǎn)變溫度通常并非單一的臨界值，而是一臨界轉(zhuǎn)變區(qū)域（Tmin～Tmax），很顯然，若要比較不同材料的材質(zhì)韌性水平，直接比較其完整轉(zhuǎn)變曲線最為合理，如圖2～圖3所示。鑒于上述轉(zhuǎn)變溫度曲線變化的復(fù)雜性，理論上表明2種不同材質(zhì)的韌性顯得十分必要。

根據(jù)沖擊韌性與斷裂破壞性質(zhì)的對應(yīng)關(guān)系，不同韌性材質(zhì)的韌性水平高低應(yīng)當(dāng)符合如下基本原則：① 相同工作溫度下，具有高的沖擊韌性試驗(yàn)值的材質(zhì)為韌性較高；② 相同韌性水平下，具有較低的對應(yīng)溫度的材質(zhì)為韌性較高。

圖1所示的轉(zhuǎn)變溫度曲線中，指標(biāo)定義（韌性測量值類型以及規(guī)定數(shù)值）不同，定義并確定轉(zhuǎn)變溫度的類型也不同，轉(zhuǎn)變溫度的定義以下幾種：文獻(xiàn)［9］定義為吸收能量突變，且韌性和脆性斷裂模式互相轉(zhuǎn)變時對應(yīng)的溫度；文獻(xiàn)［3］中轉(zhuǎn)變溫度是指在這一溫度時，所設(shè)定的材料的試驗(yàn)值等于或超過所規(guī)定的最低試驗(yàn)值，在其附錄中還給出其他幾種轉(zhuǎn)變溫度的定義；文獻(xiàn)［10］中稱其為指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度，由最佳擬合的夏比沖擊試驗(yàn)轉(zhuǎn)變溫度曲線獲得的與預(yù)先設(shè)定的吸收功、側(cè)向膨脹值或韌性斷面率所對應(yīng)的溫度。

文獻(xiàn)［11］中給出的規(guī)定轉(zhuǎn)變溫度的幾種判據(jù)為：① 沖擊吸收能量達(dá)到特定值時所對應(yīng)的溫度；② 沖擊吸收能量達(dá)到上平臺某一百分?jǐn)?shù)（n%）所對應(yīng)的溫度；③ 剪切斷面率達(dá)到某一百分?jǐn)?shù)（n%）所對應(yīng)的溫度；④ 側(cè)膨脹值達(dá)到某一量所對應(yīng)的溫度。

縱觀各種轉(zhuǎn)變溫度的定義和確定方法，都試圖從轉(zhuǎn)變溫度曲線上規(guī)定某一特征轉(zhuǎn)變點(diǎn)。而不同類型韌性試驗(yàn)值－溫度曲線形狀相似，但其上的特征點(diǎn)又具有不同的力學(xué)意義。實(shí)踐表明，轉(zhuǎn)變溫度與對應(yīng)指標(biāo)的定義有關(guān)，故不同定義的指標(biāo)對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度數(shù)值也不同，力學(xué)意義也有區(qū)別，故不可以相互比較。依據(jù)韌性指標(biāo)與材料自身性質(zhì)的關(guān)聯(lián)，與轉(zhuǎn)變溫度對應(yīng)的韌性指標(biāo)大體可分為2類：

（1）相對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度。轉(zhuǎn)變溫度所對應(yīng)的韌性指標(biāo)因材質(zhì)不同而異。其特點(diǎn)是，轉(zhuǎn)變點(diǎn)的韌性指標(biāo)數(shù)值與轉(zhuǎn)變溫度曲線上下平臺有直接關(guān)聯(lián)，而且因?yàn)椴煌馁|(zhì)的同一轉(zhuǎn)變溫度曲線的沖擊功上下平臺水平也是不同的，互相比較的材料的轉(zhuǎn)變溫度對應(yīng)韌性指標(biāo)實(shí)際上并不相同。本文稱其為相對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度，即沖擊功上下平臺平均值對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度，或者是沖擊功上平臺50%對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度［11－12］。

（2）絕對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度。轉(zhuǎn)變溫度所對應(yīng)的韌性指標(biāo)與材質(zhì)沒有直接關(guān)聯(lián)，而是人為規(guī)定的，互相比較的材料的轉(zhuǎn)變溫度對應(yīng)韌性指標(biāo)相同。因而，相對于上述類型，此類定義的轉(zhuǎn)變溫度可稱為絕對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度。對于不同的材質(zhì)上平臺的韌性斷面率均為100%，該數(shù)值并不因材質(zhì)的不同而不同，故按文獻(xiàn)［11］中規(guī)定的第3條所得斷口形貌轉(zhuǎn)變溫度FATT，實(shí)際上屬于絕對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度類型，而不屬于相對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度。

對于塑性指標(biāo)的側(cè)向膨脹率，理論上存在轉(zhuǎn)變溫度曲線的上平臺，但在實(shí)踐中并沒有使用側(cè)向膨脹率上平臺某一比例值作為轉(zhuǎn)變溫度指標(biāo)。

相對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度和絕對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度，在工程實(shí)踐中具有不同的功能和表現(xiàn)，正確認(rèn)識其中的力學(xué)含義，具有重要意義。

在圖2a中，由于形狀參數(shù)Emax－Emin、d以及位置參數(shù)（Emax＋Emin）／2不變，所以韌性測量值上下平臺值Emax、Emin均不變，僅發(fā)生圖形平移。如果進(jìn)行比較的2種材料的轉(zhuǎn)變溫度曲線特征符合這些特征，用各種類型定義的轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行比較，均不會出現(xiàn)歧義。一般而言，沖擊試樣韌性斷面率在高溫時等于或接近100%，而在低溫時則接近于0，隨材質(zhì)的不同，這一現(xiàn)象卻大體相同。因此，通常采用韌性斷面率作為韌性測量值指標(biāo)時，就屬于這種情況。

而對于圖2b、2c的情況，則不然。在圖2b中，形狀參數(shù)Emax－Emin、d以及Tc不變，（Emax＋Emin）／2發(fā)生變化，若設(shè)拐點(diǎn)縱坐標(biāo)位置原來為a，現(xiàn)變化ΔE，則：

而假定形狀參數(shù)保持不變，即Emax－Emin＝2b，故連列求解的結(jié)果為：

這意味著，圖2b的情況材質(zhì)韌性水平發(fā)生了變化，但其轉(zhuǎn)變溫度卻未變。如果把圖1中的斜向直線段AB近似視為轉(zhuǎn)變溫度曲線，則（Emax＋Emin）／2實(shí)際上為轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的平均韌性。但該轉(zhuǎn)變溫度用于比較材質(zhì)低溫韌性會發(fā)生失靈。

轉(zhuǎn)變溫度作為低溫韌性指標(biāo)的本意，應(yīng)當(dāng)是低溫韌性較好的材料，其轉(zhuǎn)變溫度也較低。但事實(shí)上，轉(zhuǎn)變溫度對應(yīng)的韌性指標(biāo)是材質(zhì)自身上下平臺之1／2位韌性指標(biāo)，即Emid＝（Emax＋Emin）／2。由于轉(zhuǎn)變溫度曲線單調(diào)遞增，當(dāng)Emid增大時，其相對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度Tc也增大，與轉(zhuǎn)變溫度的本意相違背，如圖2b所示。根據(jù)相對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度定義，材質(zhì)韌性提高（上平臺提高、下平臺提高或兩者均提高），其轉(zhuǎn)變溫度上升，這與轉(zhuǎn)變溫度下降體現(xiàn)韌性提高的基本特性相反，如圖2c所示。

出現(xiàn)以上情況的原因在于，該轉(zhuǎn)變溫度所對應(yīng)的韌性測量值與測試材料韌性是相關(guān)聯(lián)的，而不同材料有不同的值。而對于絕對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度，不同材料的轉(zhuǎn)變溫度對應(yīng)相同的韌性測量值基準(zhǔn)，其轉(zhuǎn)變溫度趨勢和材質(zhì)韌性趨勢始終保持一致，故不會發(fā)生上述失靈情況?？梢?，相對指標(biāo)這種轉(zhuǎn)變溫度定義的韌性值的相對性，導(dǎo)致了該轉(zhuǎn)變溫度的不合理性。上述分析從理論上揭示了相對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度定義的缺陷。

同時，默認(rèn)沖擊功－溫度轉(zhuǎn)折區(qū)下平臺存在理論假定［4］Emin＝0也不盡合理。首先，該轉(zhuǎn)折區(qū)下平臺能量數(shù)值一般為裂紋形成功，而V型缺口的夏比沖擊試樣裂紋形成功［13］一般不為0；其次，因不同材質(zhì)，該下限溫度對應(yīng)的沖擊功數(shù)值并不相同，而且下限沖擊功數(shù)值對缺口尖銳度等試驗(yàn)條件極為敏感，所以零塑性轉(zhuǎn)變溫度與沖擊功－溫度曲線下平臺轉(zhuǎn)折區(qū)并不構(gòu)成嚴(yán)格對應(yīng)［14］。

3 相對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度的不合理性分析

以28CrMoNiVE等3種材料［15－16］各有2組系列沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，采用（1）式表示的非線性數(shù)學(xué)函數(shù)模型——雙曲正切函數(shù)模型計(jì)算系列沖擊試驗(yàn)沖擊功指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度作進(jìn)一步分析，非線性回歸計(jì)算采用Origin程序，結(jié)果見表1、圖4所示。

4種定義的沖擊功轉(zhuǎn)變溫度TS見表1所列，其中規(guī)定沖擊功為Emin和Emax／2為相對指標(biāo)，規(guī)定沖擊功為41J和68J為絕對指標(biāo)，同時還給出剪切斷面率為50%時的斷口形貌轉(zhuǎn)變溫度FATT50的計(jì)算結(jié)果和原文獻(xiàn)提供的FATT50數(shù)據(jù)。

采用（1）式即可對系列沖擊試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)ET進(jìn)行回歸計(jì)算，從而獲得表征轉(zhuǎn)變溫度曲線的4個參數(shù)。但非線性回歸結(jié)果不可做超出試驗(yàn)數(shù)據(jù)的外推，否則容易導(dǎo)致大的誤差甚至謬誤，而通常系列沖擊試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)很難完全覆蓋轉(zhuǎn)變溫度曲線各個部分（上下平臺及整個轉(zhuǎn)變區(qū)），否則會導(dǎo)致邊界參數(shù)Emax、Emin超出試驗(yàn)值而產(chǎn)生外推，易對接近上下平臺區(qū)域的部分導(dǎo)致較大誤差，這對于取與上下平臺關(guān)聯(lián)比例值為指標(biāo)的轉(zhuǎn)變溫度的計(jì)算會產(chǎn)生極大連帶誤差。

表1 幾種材料的沖擊功－溫度試驗(yàn)數(shù)據(jù)非線性回歸計(jì)算結(jié)果

圖4 沖擊功－溫度試驗(yàn)數(shù)據(jù)非線性回歸計(jì)算及擬合結(jié)果

鑒于上述理由，本文參照ASTM E185－2002，沖擊功上平臺數(shù)值Emax通過物理原理確定，即由韌性斷面率為100%所對應(yīng)的沖擊功測量值確定，作為（1）式的已知參數(shù)；而下平臺Emin以及Tc、d則由（1）式回歸計(jì)算得到，以獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)區(qū)域的最佳擬合。

由表1和圖4可知，采用沖擊功（或沖擊韌性）上下平臺之間的1／2位作為轉(zhuǎn)變溫度指標(biāo)，計(jì)算所得轉(zhuǎn)變溫度出現(xiàn)了與實(shí)際低溫韌性趨勢相反的結(jié)果。

由圖4a可知，28CrMoNiVE韌性優(yōu)于28CrMoNiVE SR，作為表示低溫韌性特征的轉(zhuǎn)變溫度，應(yīng)當(dāng)是28CrMoNiVE的轉(zhuǎn)變溫度低于28CrMoNiVE SR。計(jì)算所得FATT較好地反映了兩者的區(qū)別，但沖擊功（或沖擊韌性）上下平臺之間的中位計(jì)算所得的28CrMoNiVE＿SR的轉(zhuǎn)變溫度反而低于28CrMoNiVE。

采用上平臺1／2為指標(biāo)的轉(zhuǎn)變溫度則出現(xiàn)明顯改進(jìn)。如果把2種材料的轉(zhuǎn)變溫度計(jì)算值之差作為分辨率，其分辨率仍然較小，明顯不如斷口形貌轉(zhuǎn)變溫度FATT50，以及規(guī)定沖擊功水平為指標(biāo)的轉(zhuǎn)變溫度。

這表明，以沖擊功相對指標(biāo)定義的轉(zhuǎn)變溫度存在明顯的不足。特別是沖擊功（或沖擊韌性）上下平臺之間的1／2位定義的轉(zhuǎn)變溫度，容易出現(xiàn)失靈甚至誤判。而絕對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度，大多處于試驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍以內(nèi)，無論何種擬合方法，都屬于內(nèi)插，誤差較小，可以很好地反映材質(zhì)低溫韌性的客觀差別。

上述3個實(shí)例計(jì)算結(jié)果還表明，采用（1）式模型計(jì)算轉(zhuǎn)變溫度，由于模型統(tǒng)一、計(jì)算規(guī)范，試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用率高，明顯提高了轉(zhuǎn)變溫度計(jì)算值分辨率。采用沖擊功上平臺1／2位為指標(biāo)的轉(zhuǎn)變溫度，還必須保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)沖擊功最低值小于0.5倍上平臺值，否則無法得到結(jié)果，或外推產(chǎn)生。

綜上所述，采用沖擊功、側(cè)向膨脹率構(gòu)成的轉(zhuǎn)變溫度曲線是由技術(shù)手段測量所得，客觀性較好，采用絕對指標(biāo)定義轉(zhuǎn)變溫度，可客觀合理地揭示材質(zhì)低溫韌性。但規(guī)定指標(biāo)水平可能須因材質(zhì)不同而作調(diào)整，而無法完全統(tǒng)一。而相對指標(biāo)定義的轉(zhuǎn)變溫度可作為不同材質(zhì)的統(tǒng)一規(guī)范，但也存在某些失靈的情況，在實(shí)踐中值得關(guān)注，應(yīng)予以避免。韌性斷面率定義的轉(zhuǎn)變溫度（如FATT）屬于絕對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度，測試數(shù)據(jù)符合韌性脆性的本意，可客觀合理地揭示材質(zhì)低溫韌性，但韌性斷面率的測定，雖已有較為成熟的規(guī)范，但仍存在易受主觀影響的因素。故工程實(shí)踐中，在給出試驗(yàn)數(shù)據(jù)及轉(zhuǎn)變溫度曲線的基礎(chǔ)上，采用2種以上的指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度對不同材質(zhì)進(jìn)行比較。

事實(shí)上，現(xiàn)行法規(guī)都規(guī)定了絕對沖擊值定義的轉(zhuǎn)變溫度，各國規(guī)范大體一致，其意義理解也較為一致，其絕對值多基于經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)而有一定差異，其中美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范數(shù)值應(yīng)用較廣。而相對沖擊值定義的轉(zhuǎn)變溫度尚存在一定分歧。

文獻(xiàn)［10］規(guī)定對于輻照脆化的比較，必須同時比較規(guī)定沖擊功對應(yīng)的溫度以及上平臺沖擊功值，而沒有采用Emid或Emax／2所對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度指標(biāo)。文獻(xiàn)［10］實(shí)際上是就2種材料轉(zhuǎn)變區(qū)域的大部分進(jìn)行了比較，因此，有其明顯的合理性。

4 結(jié)論

（1）雙曲正切函數(shù)模型用于回歸擬合沖擊值－溫度轉(zhuǎn)變曲線，簡單明了，規(guī)范性、重復(fù)性好，誤差小，工程上用于計(jì)算并分析轉(zhuǎn)變溫度曲線優(yōu)點(diǎn)明顯。

（2）現(xiàn)有若干轉(zhuǎn)變溫度的定義各有特點(diǎn)，工程上只有相同定義的轉(zhuǎn)變溫度方可比較。無論采用何種定義或判據(jù)，得出的轉(zhuǎn)變溫度用于比較不同材質(zhì)的低溫韌性，必須符合本文提出的2個基本準(zhǔn)則：① 相同工作溫度下，具有高的沖擊韌性試驗(yàn)值的材質(zhì)為韌性較高；② 相同韌性水平下，具有較低的對應(yīng)溫度的材質(zhì)為韌性較高。

（3）提出指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度的相對性概念。通過理論分析和實(shí)例計(jì)算證明，相對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度用于比較不同材質(zhì)的韌性水平存在明顯不足。例如采用相對沖擊功為指標(biāo)的轉(zhuǎn)變溫度比較材質(zhì)韌脆轉(zhuǎn)變性能存在謬誤的可能，在科學(xué)研究和工程驗(yàn)收等實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)中必須慎重抉擇。在重要場合，應(yīng)用相對指標(biāo)轉(zhuǎn)變溫度應(yīng)以其他指標(biāo)補(bǔ)充或輔助驗(yàn)證。ASTM E185采用同時比較規(guī)定沖擊值對應(yīng)的溫度和上平臺沖擊功水平的方法，有其明顯的合理性。

［1］周惠久，黃明志.金屬材料強(qiáng)度學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，1989：216.

［2］肖紀(jì)美.金屬的韌性與韌化［M］.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1982：58.

［3］ASTM A370－09，Standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products［S］.

［4］張 崢.鋼的韌脆轉(zhuǎn)移過程的數(shù)學(xué)仿真及其冷脆斷裂的定量診斷方法研究［J］.中國機(jī)械工程，1992，3（2）：3－6.

［5］錢維平，蔣和歲.工程結(jié)構(gòu)用鋼溫度轉(zhuǎn)變特性的表征及其應(yīng)用［J］.材料開發(fā)與應(yīng)用，1997，12（1）：2－6.

［6］黃 強(qiáng).核用壓力容器鋼沖擊轉(zhuǎn)變曲線數(shù)學(xué)模型的建立及程序設(shè)計(jì)［J］.成都科技大學(xué)學(xué)報，1995（1）：60－64.

［7］Miannay D P.Time－dependent fracture mechanics［M］.New York：Springer，2001：5

［8］Tanguy B，Besson J，Piques R，et al.Ductile to brittle transition of an A508steel characterized by Charpy impact test，Part－Ⅰ：experimental results［J］.Engineering Fracture Mechanics，2005，72：49－72.

［9］GBT 10623－2008，金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語［S］.

［10］ASTM E185－2002，Standard practice for design of surveillance programs for light－water moderated nuclear power reactor vessels［S］.

［11］GB 299－2007，金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法［S］.［12］GB 299－1994，金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法［S］.

［13］涂銘旌，鄢文彬.低合金鋼低溫脆性斷裂論文集［C］.西安：西安交通大學(xué)出版社，1985：70.

［14］Pellini W S.結(jié)構(gòu)完整性原理［M］.周黻秋，王克仁，譯.北京：國防工業(yè)出版社，1983：78.

［15］火力發(fā)電廠金屬材料手冊編委會.火力發(fā)電廠金屬材料手冊［M］.北京：中國電力出版社，2001：4

［16］滕明德，顧先山.09MNNIDR鋼板及其焊接接頭的低溫韌性試驗(yàn)研究［M］.壓力容器，1992，9（4）：8－13.