位错强化机制

高锰钢的水韧处理
高锰耐磨钢特别适合具有强烈冲击而产 生摩擦磨损的场合。铁路道岔、矿山碎 石机颚板。 水韧本质为奥氏体化固溶处理，韧性好 在强烈冲击变形时产生表层马氏体转变及 加工硬化，提高耐磨性。
a.高锰钢水韧处理——A单相
b.高锰钢水韧处理后硬化wenku.baidu.com 表层马氏体化
二、特点 1.强化效果明显 2.使用温度有限制 3.使材料迅速脆化 4.对实现冷变形工艺很重要
硬化率较低
4、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 ρ=108 /cm2 II 线性硬化阶段 双滑移 ρ=1011-12 /cm2 III 抛物线硬化阶段 交滑移 ρ=1012-13 /cm2
4.2 位错强化的数学表达
流变应力
金属晶体产生一定量的塑性变形所需的 应力。 流变应力的大小主要应考虑位错运动的各
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
3.HCP晶体中位错的运动及塑 性变形特点 c/a<1.633 Ti, Zr 滑移系总数目多 c/a>1.633 Zn, 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 Wp与P-N力高 层错能高，加工
对于特定的温度，特定的材料，可视为一个常数
2.位错的长程弹性交互作用
Gb 1 k l k 2, or , 2(1 v)
螺型：
ε xx = ε yy = ε zz = ε yx = 0 ε xz ε yz b y =4π x 2 + y 2 b x = 4π x 2 + y 2
第四章 位错强化机制
阻碍位错运动可提高强度
位错密度越高，材料强度越高
位错强化的数学表达
4.1 金属单晶体塑性变形的一般特点
1.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
2.BCC晶体中位错的运动及塑性变形特点
σrr =σ =σzz =σ =σzr = 0 θθ rθ σ = Gb θz 2πr ε = b θz 4πr
σ xx = σ yy = σ zz = σ yx = 0 σ xz σ yz Gb y =2π x 2 + y 2 Gb x = 2π x 2 + y 2
刃型：
σ xx σ yy y(3x 2 + y 2 ) = -D (x 2 + y 2 )2 y(x 2 - y 2 ) = D 2 (x + y 2 )2
项阻力。
如何估算流变应力？
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
1.点阵阻力
（Peirls-Nabarro Stress，
P-N力）
派纳力 σp= 2G exp(- 4πξ )= 2G exp(- 2πa ) 1-ν 1-ν b （ ） b 1-ν
σ rr σ zz σ rθ σ rz
sinθ = σ θθ = -D r = ν(σ rr + σ θθ ) cosθ = D r = σ θz = 0
σ zz = ν(σ xx + σ yy ) σ xz = σ zx = σ yz = σ zy = 0 σ xy = σ yx x(x 2 - y 2 ) = D 2 (x + y 2 )2
h Gb / l
会合位错的运动
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 0 变应力可以表示为下式的形式， 可以粗 略的考虑为P-N力。
0 Gb
1/ 2
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
4.3应变速率与位错运动速率的关系
Gb 其中：D = 2π(1 - ν)
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。
位错交割
' Gb / l
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：
会合位错的产生
1.Orawan公式
m b



应变速率
m 平均取向因子 ρ 可动位错密度 ν 位错运动平均速率
2、Orawa公式的意义
直接将宏观变形与微观的位错特性相联系
变形速率一定时，可反映位错密度与运动
速率间的关系 金属屈服机制
4.4 应变强化的应用及特点
一、应用举例 1.马氏体组织的应变强化 2.纯金属的强化 3.高锰钢的强化