溫度是影響金屬材料和工程結(jié)構(gòu)斷裂方式的重要因素之一。許多斷裂事故發(fā)生在低溫。這是由于溫度對工程上廣泛使用的低中強度結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵的性能影響很大，隨著溫度的降低，鋼的屈服強度增加，韌度降低。隨著溫度降低，缺口沖擊試樣的斷裂形式在某一溫度范圍內(nèi)由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔�，這種隨溫度降低材料由韌性向脆性轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象稱做低溫脆性或冷脆。這種斷裂形式的轉(zhuǎn)變，通常用一個特定的轉(zhuǎn)變溫度表示材料抵抗低溫脆性斷裂的能力。低溫脆性斷裂包括穿晶脆斷和沿晶界的晶間脆斷兩種斷裂方式。穿晶脆斷主要是解理斷裂，常見的低溫脆性斷裂大多數(shù)是沿解理面的穿晶斷裂；而晶間脆斷通常在應力腐蝕或發(fā)生回火脆性的情況下出現(xiàn)。
脆性轉(zhuǎn)變溫度用夏比系列沖擊試驗得到的轉(zhuǎn)變溫度曲線確定。鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度愈低，鋼的韌度愈大。脆性轉(zhuǎn)變溫度的工程意義是當高于該溫度下服役，構(gòu)件不會發(fā)生脆性斷裂。使用轉(zhuǎn)變溫度曲線進行工程設計時，關鍵是根據(jù)該曲線確定一個合理的脆性轉(zhuǎn)變溫度。對于常見的機械零件、大型鑄鍛件和焊接件，在夏比沖擊吸收與溫度的關系曲線上，試樣斷口上出現(xiàn)50%解理斷口和50%纖維斷口的相應溫度為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。
鋼的成分和組織是影響低溫脆性的關鍵因素。鋼的成分包括碳含量、合金元素含量和雜質(zhì)。整體熱處理只能改變成分分布，不能改變鋼的成分組成，但是鋼的組織卻可以通過熱處理等工藝手段予以改變和控制，因而熱處理的質(zhì)量在一定程度上決定著鋼的低溫脆性傾向。
鋼中碳含量增加韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高，碳含量對韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響與組織狀態(tài)有關。碳含量對珠光體、貝氏體組織的韌度影響較大，而對馬氏體組織的韌度影響較小，在低于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時，碳含量對馬氏體的韌度幾乎沒有什么影響。微量的有害元素往往偏析于晶界，降低了晶界表面能，弱化了晶界，增大了沿晶界脆性斷裂的傾向，降低鋼的脆性斷裂抗力。微量的S、P、As、Sn、Pb、Sb等雜質(zhì)元素及N2、O2、H2等氣體增大了鋼的低溫脆性，P、Cu、Si、Mo、Cr等元素使脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。Mn和Ni能夠減小鋼的低溫脆性和降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。Mn能顯著改善鐵素體—珠光體鋼的韌度，但對調(diào)質(zhì)鋼的韌度的影響則比較復雜。從提高淬透性的角度，Mn對改善韌度有好處，但是Mn增大了回火脆性傾向，對韌度帶來不利的影響。除了Ni和Mn外，鐵素體形成元素均有促進鋼的脆化的傾向。
鋼的成分相同顯微組織不同，其韌度和韌脆轉(zhuǎn)變溫度也不同。例如，70mm厚的16MnCu鋼板經(jīng)910℃正火與熱軋狀態(tài)相比，其沖擊韌度得到顯著改善。研究表明，馬氏體回火至相同硬度下，完全淬透的馬氏體回火后韌度最好。
細化晶�？梢酝瑫r提高鋼的屈服強度和低溫韌度。總的趨勢是鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度隨奧氏體晶粒尺寸、馬氏體晶體和馬氏體板條束的尺寸、貝氏體鐵素體板條束尺寸及珠光體片間距的減小而降低。鋼中夾雜物、碳化物等第二相顆粒的大小、形狀、分布及第二相的性質(zhì)對低溫脆性有重要影響。第二相顆粒細小、圓整且均勻分布對韌性的提高大有好處，晶界上的第二相和碳化物將顯著降低鋼的低溫韌度。
金屬材料發(fā)生冷脆是有一定條件的，脆性與金屬的滑移系多少有直接關系，從金屬材料的結(jié)構(gòu)來說體心立方、密排六萬金屬或合金出現(xiàn)冷脆，個別的面心立方合金在特殊環(huán)境下出現(xiàn)脆性。性能差別大的異相結(jié)合的部位及有分布不均勻和形態(tài)尖銳的第二相，由于各種原因造成的位錯塞稅造成的顯微裂紋以及應力集中部位及體心立方或密排六方在低溫或載荷突然發(fā)生變化等條件下會出現(xiàn)冷脆。
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