低溫能降低物體的韌性嗎？

01-05

把水果伸進液氮撈出來一打就碎幾乎毫無韌性可言

對於一些材料會有一個韌脆轉變溫度。比如金屬材料，當溫度低到一定的臨界溫度時，自由電子活動能力降低，材料韌性急劇下降，呈現出脆性。表現為衝擊韌性非常低。說白了就是容易碎。

熱塑性高分子材料（樹脂（塑料），橡膠）一般來講有一個玻璃化轉變溫度，高於這個溫度分子鏈容易運動，解除纏繞，材料呈現出軟，韌的特點（高彈態），低於這個溫度分子鏈運動變緩，呈現脆性（玻璃態）。對於熱固性塑料，溫度升高材料會更加的硬，這主要是因為發生了一些分子鏈之間的反應使得分子鏈難以運動。

對於無機非（陶瓷）材料的韌脆我不太了解，雖然我現在是在做無機非金屬材料。

這和你說的蘋果是兩回事，蘋果在液氮裡面結冰，變現出來的是冰和蘋果的脆性，和水靈靈的大蘋果是兩回事。

雖然有材料是表現熱脆性的，但是冷脆依舊是普遍存在的，所以，我認為，是的，通常情況下，低溫能降低材料的韌性。

我試著解釋一下我的觀點，首先材料科學基礎中，有一個叫做「材料學四面體」的東西，「composition/structure-performance-properties-processing"（成分/結構-性質-性能-加工），從這幾個概念出發，我胡亂講一下為什麼我認為冷脆是普遍存在，一些材料的熱脆性也稍微講一下。如果有不對，歡迎大家批評指正，我看到好幾個答主給出了答案，還有材料學的博士在內，我湊個熱鬧，主要是因為對不太懂材料學的朋友們，師兄們的起點一下子給的太高，繞過了一些基本的問題，可能會有人看不懂，好吧我的廢話真心是有點兒太多了。o(╯□╰)o…………

進入正題，具體解釋如下：

材料學四面體頂點上的四個方面兩兩互相聯繫、互相影響，比如材料的性質是由其成分決定的，材料的性質決定材料的使用性能，想要獲得特定成分和組織結構的材料需要經過特殊設計的加工工藝過程，材料的加工歷史決定材料的組織結構從而影響材料性質，大意如此。

韌脆，我認為這應該是材料學裡面講的performance（性質），韌性和脆性是材料兩種不同的性質，是不共戴天的，韌性降低則脆性變大。

韌性表徵的是是受到外力時，材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。具體定義是材料斷裂前吸收的能量和體積的比值，單位J/m3（焦耳/平方米）。——這是performance，對應的property是材料抗衝擊的能力，韌性好則抗衝擊。

由於韌性包含塑性變形和斷裂兩個吸收能量的過程，由此可見——材料塑性好的，塑性變形歷程長，吸收的能量多；斷裂是一個化學鍵被批量打斷的過程，鍵能高的吸收能量多。當然啦，只有這兩種能量的和更大的時候，材料的韌性才會更好。

於是牽扯到了塑性變形和斷裂兩個概念。

塑性是和彈性相關的，在外力作用材料發生變形，外力去除後能恢復原狀的部分是彈性變形，不能恢復的就是塑性變形。

說到斷裂，則要談材料的強度，強度大的則不容易斷裂。

接下來，就在彈性和強度的基礎上講一下各種材料的韌性大小，以及它們受溫度這個環境因素影響的機理。

【_(￣0￣)_[哦~] ，有種進入主題的快感……】

對於塑性，有機物的塑性普遍要好一些，金屬次之，陶瓷幾乎沒有塑性。

對於強度，卻反了過來，陶瓷強度最高，金屬次之，有機物最差。

——這是由材料的成分和結構決定的，成分和組成包括的內容對於材料來說也比較多，最為主要的內容就是化學鍵接方式以及材料的組織結構。

【普遍的意思就是咱都別較勁，是有例外的我知道也承認，汞好死不死也是金屬，但是它都沒強度，像一灘鼻涕一樣，無法跟塑料袋放在一起比較……】

有機物是大分子間的分子鍵，金屬是金屬鍵，陶瓷是原子鍵。

鍵能上，原子鍵＞＞金屬鍵＞＞分子鍵。其中，原子鍵有方向，後兩種沒有。

在微觀上更好理解，強度就是拉斷粒子間連接的化學鍵，彈塑性是鍵接的粒子之間相互移動，力越小、越沒有方向性則越易拉斷、越易相互移動，強度小而塑性好。

而這樣會把強度和塑性等同起來，是不符合實際的，因為從微觀到宏觀有一個叫做材料組織結構的東西——材料的性能是成分和組織結構共同決定的，成分定了則化學鍵定了，而組織結構和加工歷史息息相關，只有兩方面都確定，材料的性能才能確定下來。

組織結構這件事，簡單地說，組成材料的成分先通過化學鍵鍵接，然後它們會在一個比原子大一些的尺度上進行一些抱團，這個尺度大致就是材料的組織結構：在有機物中是鏈段和分子、在金屬中的晶粒和相、在陶瓷中我想不到應該是沒有吧不過可能也許也是相但是這個相和金屬中的相不太一樣。這個尺度才是受力時材料內部各部分相互移動的基本單元，如果容易移動，則塑性好。

【知識我就鋪墊到這裡了，實在是不能繼續耍流氓了，想一想這真要都說清楚了我難道得搬一本材料學聖經上交黃寶書來么，要嚇死我自己了……】

接下來，分類並從成分和組織結構往上推，理清楚溫度對韌性的影響。

在有機物中，按溫度對性能的影響通常分熱塑性和熱固性兩種材料，熱塑性是加熱以後分子可以自在的移動了，而熱固性是大分子上有一些活性基團加熱以後會發生反應產生交聯，分子被這些鍵固定不再能進行分子層面上的移動，只能鏈段移動。以上是定義。而對於使用的材料來說，熱固性的材料已經經過了加熱固定，就是說就是分子可移動的只剩鏈段，還能比較短，鏈段可以活動的範圍也變小，總之就是已經被限制住了，不太能動了。

分子和鏈段不能動，就是塑性變小了。

而當溫度降低的時候，同理，分子和鏈段被冷凍住，無法進行相互移動以吸收掉外界衝擊的動能，只好被破壞掉，這時候有機材料還是降溫之前的鍵接方式，強度的變化是不大的，那塑性變形吸收能量的能力顯著減低，佔了主導地位，有機物因此冷脆。

這樣理解可以避開玻璃化轉變溫度等這些材料特徵值，只要溫度降低，脆性勢必會有一定程度的加強，對塑料、橡膠任何有機材料都是一樣的。

【分類討論是有用的啦，直接從有機物被凍住冷脆這件事推斷其它材料，尤其是蘋果這種類似複合材料的東西，有可能會有些可怕的差錯，嘿！我還要講熱脆性呢……】

對於金屬來說，機理真的是差不多的，o(╯□╰)o……

金屬中的晶粒和相在一定程度上相當於有機物中的鏈段和分子，當溫度降低的時候，也會被凍住，晶粒之間、相之間，不能自在移動吸收衝擊能量，因此發生冷脆。

說句題外話，冷脆這個現象很好用，前段時間我還和boss在玩，好吧，是正干，做實驗啦，為了觀察斷面，使用液氮冷脆鋁合金，敲斷了進行觀察——常溫下被敲擊會彎掉的鋁合金泡了液氮會脆斷開，凍得好像撅斷木頭一樣，斷口整齊。

金屬不一樣的是，有一些金屬是存在熱脆的。熱脆和冷脆是不衝突的，有的金屬加熱和冷凍，都會產生脆性。

比如，著名的回火脆。——原因是加熱的過程中，發生了相變化，相反應，相反應的影響和有機物交聯有差。有機物中發生的基團反應就是化學反應，普羅大眾都比較容易理解。而相反應是因為金屬鍵這種東西，是金屬離子進行了群婚，共享電子云，它們沒有分子鍵合那麼一對一，抱團組成晶粒和相以後，溫度一變化，關係不好的金屬離子們就會離婚，奔向它們更喜歡的新金屬離子，導致了相反應，相反應可能出現的形式就非常多了，它可以是晶粒和組織變均勻了韌性反而變好，也可能就坑爹了，比如加熱的時候有的相變大了，有的變小了，彼此之間空間分配又不合理，離心離德，受力的時候，恨不能早分手啊，根本也不吸收外界衝擊的能量，就被沖斷了。——這對於材料來說，就發生了熱脆性。

【以上是不想負很多責任地概括，如果不是在知乎，在論文里應該說」滲碳體或磷元素在低溫回火時在原奧氏體晶界析出，造成晶界脆化，從而韌性降低產生不可逆回火脆性「blahblah……我實在無力再解釋相圖、奧氏體、滲碳體、晶界脆化這很多概念……o(╯□╰)o……】

而陶瓷，我也不太清楚，接觸的太少了。

事情是這樣，陶瓷由於是原子力鍵合，本身的脆性已經很大了。原子鍵是一對一的，當有外界衝擊的時候，它們靠分手來吸收能量。陶瓷強度高，塑性形變也是幾乎不存在的，它們就是斷裂吸收能量，吸收的能量較少，平常基本不認為陶瓷有韌性。當然，也就也比較少接觸陶瓷冷脆的概念。

但是我認為在陶瓷中冷脆也是存在的，畢竟降低溫度都會使組織的活動能力下降，這種下降就使得組織靠移動自己吸收外界能量的能力減弱，表現出來就是脆性增大，韌性降低。

總結：

1 我認為我說了很多廢話，我不知道哪種材料在遭遇了低溫以後塑性變形的能力增強了，斷裂的能量增強了，基本上冷凍就是會使得材料的基本單元活動能力變低，把組織凍住，從而產生冷脆。

2 雖然有些材料是熱脆的，但是這跟它的冷脆並不衝突。

3 但是無論如何，從材料的成分和結構上理解材料性能的思路肯定是沒錯的。

而我依舊懷疑，我的邏輯推斷出了錯誤。

其實這篇回答到最後看起來是我自己梳理知識的過程，我也從來沒想過會得到這樣的結論。

4 具體到蘋果上，說凍成了冰什麼的，看上去很有道理。

可我怎麼覺得，就認為是低溫導致果肉細胞之間的相互移動能力變弱，不能吸收衝擊能量，也算合理呢。

5 我發現，我費了很久的時間講了好多無用的話，怎麼辦？

6 最後的最後，還是下一個我自己的結論供大家討論吧：冷脆就是普遍存在的，低溫會使得材料韌性降低，但是這種降低是有區分的，這種區分就是原本是韌性大的材料能被明顯察覺到，而木頭這種原本就沒什麼韌性的材料，就覺不太到冷脆現象的發生。

7 請大家救我出邏輯思維混亂的狀態，我到底錯在了哪裡？

( &>﹏&<。)～嗚嗚嗚……

被自己蠢哭了……

此致

敬禮

2013年9月4日21:07:38

水果那個是因為水果中的水結冰了，所以易碎。而材料的韌性（應該是和彈性模量有關參數）隨溫度的變化是沒有統一的說法的，想知道的話就只能去查手冊了。

蘋果中80%的水分是以細胞形式存在，液態水談不上韌性，因為蘋果果肉的細胞間膠質/纖維素等的互聯，導致常溫下蘋果「敲不碎」。這個意義上，蘋果類似高分子材料。但要用所謂高分子/金屬等等材料學理論去解釋液氮蘋果的「脆」，有點「衝動」。

在液氮內，水快速凝結成冰膨脹，導致部分細胞皺縮，細胞壁結構膨脹，其纖維素微纖絲結構紊亂，細胞壁中膠層逐漸消失，部分細胞出現質壁分離現象，細胞質解體，線粒體等細胞器發生降解。蘋果體現不出原有膠質互聯的特點，更成為類似冰的固態物理特性。

通俗的說，由於快速凝結，使得含水高達80%以上的果肉內部超微結構的體積局部膨脹，引起胞間層的降解/膠層消失/質壁分離均導致，使得原有內部果肉細胞「四分五裂」，嵌著大量的冰，一敲就碎。

低溫變脆，宏觀上是指屈服強度隨溫度降低上升，而斷裂強度變化不大當屈服強度高於斷裂強度，則材料未發生屈服便斷裂。一般體心立方和部分密排六方材料都有一個韌脆轉變溫度tk。由於體心立方金屬低溫下位錯運動阻力對溫度比較敏感，會大幅升高，位錯難以移動。面心立方材料在低溫下一般不出現低溫脆性，沒有明顯的韌脆轉變現象。

個人認為，水果變脆，應該是冰和纖維素（有機物低溫脆性現象的微觀解釋我並不了解）發生低溫脆性轉變，另外冰體積變大導致產生大量裂紋源，在外力作用下迅速擴展導致破碎。

低溫脆性、裂紋源和裂紋擴展部分詳見《材料性能學》

希望能幫到題主！

材料的韌性一般用伸長率來表示，材料的力學性能（包括韌性、強度等）都是與溫度相關的性能，但一般都不會是線性的關係，不同材料的不一樣。比如常見的普通橡膠在常溫時是軟而韌的，如果置於溫度足夠底（低於該橡膠的玻璃化溫度時），它進入玻璃態，變的和硬質塑料一樣硬而脆。

歸根到底，材料的力學性能受材料的微觀的組成與結構，及宏觀的組成與結構一起決定，且受各種外界環境（溫度、濕度、壓強等）影響的一個複雜問題，沒有統一的解釋，只能具體問題具體回答。

樓上神人！說得很清楚了，幾種材料在溫度影響下的物理特性變化~不混亂，你自己先亂了~囧~

鋼鐵在低溫狀況下也會降低韌性

可以。最簡單的比如液氮脆斷。

謝邀，上面說的也比較清楚，

首先就金屬材料來說存在一個脆韌轉變溫度t，這牽扯到斷裂強度極限和屈服強度極限兩個概念，t以下屈服強度極限大於斷裂強度極限，載入之後直接斷裂，體現出材料的脆性，以上則反之，率先發生屈服，就是可以產生一些不能回復的塑性形變，好像給這些力屈服了一樣，換來一定程度的不斷裂性。

其次，不專業的說兩句，你可以想像，溫度越低，分子懶得動，他硬啊，溫度越高，分子動得大，他軟啊，硬的話一有裂縫不就直接碎掉了，軟的話可以存儲好多裂縫，就不脆了嘛。

謝邀！通常情況下，材料隨著溫度的降低其衝擊韌性會下降（通常為金屬類）；但對於高分子類材料需要知道材料的玻璃化轉變溫度和所處的環境溫度而定。

謝邀，先佔坑

謝邀，待我問問老師，看看論文再答

謝邀啊。

低溫會降低材料的韌性，即所謂的低溫脆性。

這個可以想像一下泰坦尼克號當時撞擊冰山後整個船體斷裂的情景，很容易理解。但是一般的材料都會有一個韌脆轉變溫度，主要針對鋼鐵隨著溫度的變化其內部晶體結構發生改變，導致材料屈服強度急劇升高的溫度，或斷後伸長率、斷面收縮率和衝擊吸收功急劇減小的溫度。一般我們希望材料的韌脆轉變溫度越低越好。

好像有點跑題，但是你說的這個蘋果的問題，我不太清楚，不好意思。

謝邀啊！低溫肯定會降低材料的韌性的，有一個臨界點溫度叫韌脆轉變溫度，低於該溫度的話材料的韌性會變差。特別是在東北，因為天氣冷，很多結構材料都會考慮到韌脆轉變溫度的問題，這個溫度越低越好。

我覺得這個和材料的韌性不太相關，打碎一個蘋果就好比你用鎚子敲一灘水和一塊冰一樣，蘋果本身的物質只是參與了這個過程，而並沒有改變這個過程的本質，不降溫去敲也能一地的蘋果渣渣的。

謝邀。理論知識不太夠，簡單說兩句。一般我們說改變金屬材料的強韌性，都是一個工藝過程，比如我們常說的四把火，都是先升溫再降溫，通過升溫讓其重結晶，控制不同的高溫可以得到不同的金屬相，然後通過不同的降溫速度可以得到不同組織的新相。單純的低溫，如果沒有影響到物質內部的結構變化，我覺得應該不會影響韌性。當然，由於我是偏向於學金屬的，所以高分子和無機非的情況我就不妄測了。至於題主說的水果，上面大家都已給出解釋。

前面的人回答的都很好0.0

對於韌性：表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。（來自百度百科，實在找不到帶定義的書了0.0）

對於蘋果的問題，由於水果裡面有很多水，所以從材料定義上來說這算是複合材料（雖然沒做到材料增強這點），總之水果不算是完全意義上的單獨一種材料，所以不能單拎出來以點蓋全的說低溫材料韌性低。韌性是材料性能，材料的結構決定性能，即使考慮到溫度及其他各種因素的影響也是結構決定性能，所以要看的是在低溫下材料的結構才能說某種材料低溫下韌性的好壞，而無法統一的說材料在低溫狀態下一定韌性差。

第一次回答，希望你能滿意還有看懂0.0

謝邀，佔個坑。終於有個會的問題的，查完資料來答！

低溫能改變物體的韌性熱脹冷縮就是很好的例子不過水果浸液氮不具有代表性

水都結冰了，能不脆嗎？至於玻璃化溫度什麼的都是其次了。