材料成形金属学：1-8位错与溶质的相互作用

1、1.8 位错与溶质的交互作用,在完整晶体中，溶质原子分布是随机的， 但有其他缺陷（位错）产生应力场时，溶质原子产生的应变能就要发生改变，即产生相互作用。 溶质原子在晶体中会引起点阵畸变，产生的应力场可与位错产生交互作用。 种类：弹性的、化学的、电学的。 弹性作用最为重要。,溶质原子会使周围晶体产生弹性畸变，而产生应力场，它与位错的应力场相互作用从而升高或降低晶体中的弹性应变能。分科垂耳型(cottrell)和斯诺克型(snoek)两种作用。,交互作用会使溶质原子发生移动，使得在位错附近形成溶质原子气团，包括科垂耳(cottrell）气团，斯诺克(snoek)气团，铃木（suzuki）气团.,位

2、错与溶质原子的相互作用能,外力（被假定为球形的溶质原子改 变体积）反抗位错应力场所作的功,V为溶质与基体原子体积差。 刃型位错的应力场公式代入有：,其中,以此可分析得到吸引或排斥某种原子的区域,位错与点缺陷的交互作用,晶体内同时含由位错和点缺陷时(特别是溶入的异类原子)，它们会发生交互作用。,柯氏气团,溶质原子与位错弹性交互作用的结果使溶质原子积聚在减小晶格畸变的位置，减低了体系能量，使体系更稳定，这种结构称为“柯氏(Cotrell)气团”。,柯氏气团,柯氏气团对位错有钉扎作用，因此固溶体合金的变形抗力要高于纯金属。,当具有柯氏气团的位错在外力作用下，欲离开溶质原子时，势必升高应变能。这相当溶

3、质原子对位错有钉扎作用，阻碍了位错的移动，是固溶强化的重要原因。 位错的移动速度小于溶质迁移速度，位错将拖着气团一起运动；位错运动速度大于溶质迁移速度时，将挣脱气团而独立运动。,科氏气团,位错与溶质原子交互作用溶质原子向位错线聚集溶质原子气团； 位错更加稳定-“钉轧”； 变形时位错需“脱钉”“屈服平台”,铁中的碳-位错的运动障碍,Carbon is an “impurity” The carbon atom creates a stress field that blocks the intended movement of the dislocation. It takes substant

4、ial energy to overcome the obstacle.,试样在上屈服点发生明显塑性变形，应力突然下降到下屈服点。然后发生连续变形，形成具有微小波动的屈服平台。,屈服延伸阶段，吕德斯带沿拉伸方向展开。如果有多个吕德斯带出现，则会有应力波动。当屈服扩展到整个试样时，屈服延伸即告结束。,在屈服延伸阶段，试样的应变是不均匀的。开始变形时会在样品表面出现与拉伸轴呈45交角的应变痕，称为吕德斯(Lders)带，应力同时下降到下屈服点。,屈服点的出现与金属中存在的微量溶质有关。溶质原子在位错处形成的柯氏气团对位错有钉扎作用，会导致屈服极限s提高(上屈服点)，而位错一旦挣脱气团的钉扎，便可以

5、在较小的应力下继续运动，较小应力对应于拉伸曲线的下曲服点。 已经屈服的试样卸载后立即加载拉伸，由于位错已脱离气团钉扎，故不再出现上屈服点。 卸载后放置较长时间或短时加热，溶质原子又通过扩散重新在位错处形成柯氏气团，屈服点又重新出现。,屈服点的出现还与位错增殖有关。晶体塑性变形会引发大量的位错增殖，如F-R源和双交滑移等，位错大量增殖后，晶体内能增大，在维持一定的应变速率时，所需要的流变应力flow stress(维持均匀塑性变形所需的外力)相应减小，因此出现下屈服点。 屈服现象会使金属在冷冲压成型时出现吕德斯带，造成工件表面粗糙不平。因此可利用应变时效原理，在冲压前作一次微量冷冲，或向材料中加入适量的、能与间隙原子形成化合物的元素，有利于减少柯氏气团，消除屈服点。,斯诺克（Snoek）气团,螺位错的应力场是间隙原子在位错线附近产生局部有序排列，这种有序排列称斯诺克（snoek）气团。和科垂尔气团相比，形成这种气团不需要原子长程扩散，也不需要