第6章 固溶强化

u ( R, θ ) C ( R, θ ) = C0 exp − ，式中，C0 − 溶质的平均浓度；u ( R, θ ) − 交互作用能。 kT
可见，稀释气团只能在较高温度下存在，随温度的降低，在位错附近 的溶质浓度会越来越多，当C=1时，由稀释气团转化为饱和气团，对应的 温度为TC。 问题： 为什么会形成饱和气团？ 问题：⑴为什么会形成饱和气团？ 形成饱和气团的溶质原子的含量？ ⑵形成饱和气团的溶质原子的含量？
个位错， 作用下， 设：塞积群中有n个位错，在外力 作用下，晶界对领先位错的作用力 B，则 塞积群中有 个位错 在外力τ作用下 晶界对领先位错的作用力τ ，
τB=nτ n
可知在外力τ作用下在晶界附近引起的应力集中是外力 的 倍 可知在外力 作用下在晶界附近引起的应力集中是外力τ的n倍。 作用下在晶界附近引起的应力集中是外力 塞积位错产生的应力集中的作用： 塞积位错产生的应力集中的作用： 激发相邻晶粒位错源的开动， ①激发相邻晶粒位错源的开动，使变形由一个晶粒传播到另一个晶粒 达到临界切应力τ 当τB在相邻晶粒滑移方向上的分切应力 达到临界切应力 c时，相 邻晶粒的位错源开动。 邻晶粒的位错源开动。 产生生解理裂纹，松弛应力。 ②产生生解理裂纹，松弛应力。 ⑵晶界发射位错 晶界除了阻碍位错运动造成位错塞集外，还可以自身发射位错。 晶界除了阻碍位错运动造成位错塞集外，还可以自身发射位错。
孪晶变形机制 极轴位错机制----在孪晶面上的可动不全位错绕 极轴位错机制 在孪晶面上的可动不全位错绕 一极轴位错连续扫过平行的孪晶面。 一极轴位错连续扫过平行的孪晶面。 ⑴体心立方晶体的孪晶变形过程 孪晶系{112}〈111〉。在各 上有柏氏矢量为1/6[111]的位错，在各层 的位错， 孪晶系 〈 〉 在各{112}上有柏氏矢量为 上有柏氏矢量为 的位错 上面移动，就形成了孪晶，如下图：可动位错1/6[111]，极轴位错在孪晶面 上面移动，就形成了孪晶，如下图：可动位错 ， 法线上的分量为a/6[121]，等于孪晶面的面间距 。 法线上的分量为 ，
面心 与体心立方金属的流变应力 体心立方金属单晶体(Nb)：滑移的临界切应力随温度变化强烈 体心立方金属单晶体 ： 温度升高到某一温度（423K）时易滑移阶段消失 第二阶段硬化率不随温度变化 面心立方金属单晶体(Cu)：滑移的临界切应力几乎不随温度而变化 面心立方金属单晶体 ： 第二阶段硬化率随温度而变化 由于上述差别,它们的拉伸塑性随温度的变化不同 它们的拉伸塑性随温度的变化不同: 由于上述差别 它们的拉伸塑性随温度的变化不同 体心立方金属:温度降低,塑性减少 ;面心立方金属 面心立方金属:温度降低,塑性反而增加 体心立方金属 面心立方金属
史氏(Snock)气团 气团 史氏
史氏气团——体心立方金属中的间隙溶质原子与螺位错的弹性交互作用。 体心立方金属中的间隙溶质原子与螺位错的弹性交互作用。 史氏气团 体心立方金属中的间隙溶质原子与螺位错的弹性交互作用 体心立方金属中的间隙溶质原子在基体中产生非对称的畸变。 体心立方金属中的间隙溶质原子在基体中产生非对称的畸变。 在螺位错的切应力作用下，间隙溶质原子沿位错线分布以降低应变能。 在螺位错的切应力作用下，间隙溶质原子沿位错线分布以降低应变能。 与柯氏气团比较，史氏气团形成很容易，不需要溶质原子的长程扩散， 与柯氏气团比较，史氏气团形成很容易，不需要溶质原子的长程扩散，也 不需要溶质原子的富集，只是通过碳原子在晶胞内的简单跳动，扩散距离只 不需要溶质原子的富集，只是通过碳原子在晶胞内的简单跳动， 是点阵常数的一半。 是点阵常数的一半。 史氏气团对位错的运动阻力和柯氏气团得差不多。 史氏气团对位错的运动阻力和柯氏气团得差不多。
柯氏气团——刃型位错与溶质原子的交互作用。 刃型位错与溶质原子的交互作用。 柯氏气团 刃型位错与溶质原子的交互作用 溶质原子在基体中产生球对称的畸变。 溶质原子在基体中产生球对称的畸变。 位错有正应力分量。 位错有正应力分量。 间隙溶质原子与刃型位错的弹性交互作用比置换溶质原子的大。 间隙溶质原子与刃型位错的弹性交互作用比置换溶质原子的大。 柯氏气团的结构——稀释气团和饱和气团 柯氏气团的结构 稀释气团和饱和气团 稀释气团——溶质原子的浓度服从麦克斯韦 玻尔兹曼分布。稀释气团 溶质原子的浓度服从麦克斯韦-玻尔兹曼分布 稀释气团 溶质原子的浓度服从麦克斯韦 玻尔兹曼分布。
第ห้องสมุดไป่ตู้章 固溶强化
固溶强化——溶质原子和位错的交互作用. 溶质原子和位错的交互作用. 固溶强化 溶质原子和位错的交互作用 交互作用的性质——有弹性的、化学的 有弹性的、 交互作用的性质 有弹性的 电性的和几何的。 电性的和几何的。 主要内容——溶质原子与位错的弹性交互作用。 主要内容 溶质原子与位错的弹性交互作用。
第三节 单晶体的滑移变形
密排六方（ 密排六方（hcp)晶体金属的滑移 晶体金属的滑移 ⑴理想的密排六方（hcp)晶体（c/a=1.633)的滑移系：（０００１）＜１１２０＞ ⑵ c/a接近或大于1.633的密排六方金属(Mg(1.624);Zn(1.856);Cd(1.885))的滑移系： （０００１）＜１１２０＞．滑移系少，加工硬化速率低． 加工硬化速率低． 加工硬化速率低 ⑶ c/a小于1.633的密排六方金属(Ti(1.587);Zr(1.5) ))的滑移系： 基面已不是唯一的密排面， 棱柱面｛１０１０｝和棱 锥面｛１０１１｝密排程 ｛１０１１｝ 度与基面相近．棱柱面和 棱锥面也是滑移面，滑移 方向不变＜１１２０＞． 滑移系多，加工硬化速率大． 加工硬化速率大． 加工硬化速率大
面心立方(fcc)晶体金属的滑移 晶体金属的滑移 面心立方 滑移面： 滑移面：{111}；滑移方向：〈110〉 ；滑移方向： 〉 特点：滑移系多，可进行单滑移、双滑移或多滑移，取决于外力轴的取向． 特点：滑移系多，可进行单滑移、双滑移或多滑移，取决于外力轴的取向．
体心立方(bcc)晶体金属的滑移 晶体金属的滑移 体心立方 滑移面： 滑移面：{110}、{112}、{123}；滑移方向：〈111〉 、 、 ；滑移方向： 〉
第六节 孪生变形
形变孪晶在塑性变形中的作用 一般很难产生孪生变形，如纯铜在4K下才发生孪生变 ⑴面心立方金属 形。但低层错能的面心立方金属，如不锈钢、高锰钢等在室温下变形，可出 现大量的孪晶。 ⑵体心立方和密排六方金属 密排六方金属独立滑移系只有2个，为了协调变形，一般滑移和孪晶同时进行。 体心立方金属，在冲击载荷及低温时易发生孪晶变形。 ⑶孪晶变形的特点 临界切应力随温度升高而增加； 在给定温度下， ①临界切应力随温度升高而增加；②在给定温度下，增加应变速率使流变应力 减少； 加工硬化率随温度升高而增加； 引起很高的加工硬化率， 减少；③加工硬化率随温度升高而增加；④引起很高的加工硬化率，由此带来高 的均匀伸长率。 的均匀伸长率。 孪晶的形核与生长 ⑴细晶粒阻碍孪晶的产生：①孪晶形核需要有高的应力集中，而细晶粒产生的应 细晶粒阻碍孪晶的产生： 孪晶形核需要有高的应力集中， 力较小； 晶界是孪晶生长的障碍。 力较小；②晶界是孪晶生长的障碍。 集中区形核， ⑵孪晶在高应力 集中区形核，形核速度极快 孪晶在低应力下生长，应力-应变曲线上呈锯齿状 ⑶孪晶在低应力下生长，应力 应变曲线上呈锯齿状
动态应变时效——变形中产生时效的现象。当温度足够高时，溶质原子和位 变形中产生时效的现象。当温度足够高时， 动态应变时效 变形中产生时效的现象 错的交互作用可以在变形过程中发生。 错的交互作用可以在变形过程中发生。 发生在一定的温度范围，温度范围随应变速率的增加而上移。 发生在一定的温度范围，温度范围随应变速率的增加而上移。 动态应变时效的特点 ⑴
第四节 多晶体的变形
影响多晶体变形的两个因素：晶界和晶体（ 影响多晶体变形的两个因素：晶界和晶体（粒）位向 晶体位向的影响 晶粒间变形要协调，至少应有5个独立的滑移系 个独立的滑移系。 晶粒间变形要协调，至少应有 个独立的滑移系。 面心和体心立方金属滑移系多可满足要求5个独立的滑移系的变形协调条件 个独立的滑移系的变形协调条件。 面心和体心立方金属滑移系多可满足要求 个独立的滑移系的变形协调条件。 密排六方金属滑移系少，为了实现变形协调: 密排六方金属滑移系少，为了实现变形协调 柱面和棱锥面参与滑移； ⑴柱面和棱锥面参与滑移；⑵产生孪生变形 晶界的影响 ⑴位错在晶界上的塞积 位错运动受到晶界的阻止，在晶界前塞积，形成塞积群。 位错运动受到晶界的阻止，在晶界前塞积，形成塞积群。位错在塞积群中的 分布是不均匀的，离晶界越近排列越密。 分布是不均匀的，离晶界越近排列越密。 塞积群的长度L等于晶粒直径 的一半： 等于晶粒直径D的一半 塞积群的长度 等于晶粒直径 的一半：L=D/2
动态应变时效
气团对运动位错的拖曳 影响拖曳力的因素： 影响拖曳力的因素： 位错运动速度：由图a可知 位错运动的速度很高或很低时,拖曳力都是很小的 可知， 拖曳力都是很小的。 位错运动速度：由图 可知，位错运动的速度很高或很低时 拖曳力都是很小的。位 错运动的速度很高，溶质原子的扩散速率跟不上位错的运动, 来不及形成气团； 错运动的速度很高，溶质原子的扩散速率跟不上位错的运动 来不及形成气团；位错 运动的速度很低时，位错与溶质原子形成一稳定的低能结构，不产生拖曳力。 运动的速度很低时，位错与溶质原子形成一稳定的低能结构，不产生拖曳力。当位错 以某一速度V运动时 气团中心落后于位错一定距离时，才产生拖曳力。 运动时， 以某一速度 运动时，气团中心落后于位错一定距离时，才产生拖曳力。 当位错运动的速度V 与气团迁移的速度相等时，拖曳力最大。 当位错运动的速度 C与气团迁移的速度相等时，拖曳力最大。 温度：温度升高，溶质原子的扩散速率增加， 也越高，但最大拖曳力不变(图 。 温度：温度升高，溶质原子的扩散速率增加，VC也越高，但最大拖曳力不变 图b)。 应变速率：拖曳力与应变速率的关系类似于和位错运动速度的关系(图 。 应变速率：拖曳力与应变速率的关系类似于和位错运动速度的关系 图c)。 应变速率恒定时，由于提高应变速率和降低温度对拖曳力影响效果一 样，拖曳力和 应变速率恒定时， 温度的关系如图d。 温度的关系如图d。