第3讲位错强化机制

第三章位错强化机制哈工大 威海 材料学院吴欣 1 第三章位错强化机制 金属与合金的强化途径形变 合金化 热处理强化机制位错强化 晶界强化 固溶强化 第二相强化 2 第三章位错强化机制 位错强化的基本思路合金变形量增加 位错密度增加 强度提高这一强化过程与金属的塑性变形密切相关 3 3 1金属单晶体塑性变形的一般特点 一 FCC晶体中位错的运动及塑性变形特点滑移系数目多Wp与P N力低低温塑性好无冷脆现象层错能低 除Al Ni外 加工硬化明显 4 3 1金属单晶体塑性变形的一般特点 二 BCC晶体中位错的运动及塑性变形特点滑移系总数目多Wp与P N力高易冷脆层错能高 加工硬化率较低 5 3 1金属单晶体塑性变形的一般特点 三 HCP晶体中位错的运动及塑性变形特点c a 1 633Zn Cd滑移系总数目少 塑性差Wp与P N力低 强度低层错能低 加工硬化明显 c a 1 633Ti Zr滑移系总数目多Wp与P N力高层错能高 加工硬化率较低 6 3 1金属单晶体塑性变形的一般特点 二 金属单晶体的加工硬化行为面心立方单晶体的应力应变曲线I易滑移阶段单滑移 108 cm2II线性硬化阶段双滑移 1011 12 cm2III抛物线硬化阶段交滑移 1012 13 cm2 7 3 1金属单晶体塑性变形的一般特点 总结 金属变形时位错密度 低 切应力低位错密度 急剧增大 切应力也急剧增大 8 3 2位错增殖机制 位错增殖机制主要有 Frank Read源双交滑移机制极轴机制晶界发射机制等 9 3 2位错增殖机制 一 两端钉扎的直位错线弯曲的临界切应力 10 3 2位错增殖机制 二 Frank Read位错增殖机制 11 3 2位错增殖机制 三 双交滑移位错增殖机制 12 3 3位错强化的数学表达 如何估算流变应力 流变应力是指金属晶体产生一定量的塑性变形所需的应力 主要应考虑位错运动的各项阻力 1 点阵阻力 派 纳力2 开动位错源3 位错的长程弹性作用4 与林位错的交互作用5 位错锁6 晶界阻力7 与固溶原子的弹性交互作用8 与第二相粒子的交互作用 13 3 3位错强化的数学表达 1 点阵阻力 Peirls NabarroStress P N力 P N力是滑移面上下两层原子克服原子间吸引力产生相对位移的阻力 P N力可以采用简化的模型 通过计算上下原子间的错排能 错排能与原子位移的关系并对位移求导求得 下式中a是滑移面间距P N力取决于 因此滑移通常都在密排面上的最密排晶向进行 P N力是晶体滑移的最小的阻力 14 3 3位错强化的数学表达 2 位错的长程弹性交互作用 15 3 3位错强化的数学表达 3 与林位错的交互作用 林位错是与运动位错滑移面相交的位错 运动位错与林位错的交互作用可以产生会合位错与位错交割 均增加位错运动的阻力 16 3 3位错强化的数学表达 位错交割 以下是刃型位错与一螺型位错的交割 刃型位错的柏氏矢量为b1 螺型位错垂直穿过其滑移面其柏氏矢量为b2 刃型位错上产生的割阶为PP 不能通过滑移而消失 它的运动有保守的和非保守的两种 当割阶作非保守运动时就会产生一列空位或间隙原子 这对运动位锗产生阻力 产生一列间隙原子比产生空位需要更大的能量 因此对运动位错的阻力更大 传错运动更为困难 17 3 3位错强化的数学表达 会合位错 可以证明 会合位错产生的阻力与林位错间距成反比 18 3 3位错强化的数学表达 位错对流变应力的作用 综合考虑位错以及位错以外的因素 流变应力可以表示为下式的形式 可以粗略的考虑为P N力 可见晶体的流变应力与位错密度的平方根成正比 银和铜多晶体流变应力与位错密度的关系 19 3 4应变速率与位错运动速率的关系 一 Orawan公式 应变速率m平均取向因子 可动位错密度 位错运动平均速率 20 3 4应变速率与位错运动速率的关系 二 Orawa公式的意义1 直接将宏观变形与微观的位错特性相联系2 变形速率一定时 可反映位错密度与运动速率间的关系3 金属屈服机制 21 3 5应变强化的应用及特点 一 应用举例1