材料強(qiáng)度學(xué)_固溶強(qiáng)化

1、材 料 強(qiáng) 度 學(xué) 固溶強(qiáng)化固溶體固溶體Solid Solution(SS)液體溶液液體溶液？固體溶液固體溶液合金組元通過溶解形成一種成分和性能均勻的、合金組元通過溶解形成一種成分和性能均勻的、且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相稱為固溶體。且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相稱為固溶體。固溶體：固溶體：溶劑：溶劑：原晶體原晶體溶質(zhì)：溶質(zhì)：外來原子外來原子固溶體固溶體、化合物、機(jī)械混合物的區(qū)分、化合物、機(jī)械混合物的區(qū)分固溶體固溶體、化合物、機(jī)械混合物的區(qū)分、化合物、機(jī)械混合物的區(qū)分固溶體固溶體、化合物、機(jī)械混合物的區(qū)分、化合物、機(jī)械混合物的區(qū)分固溶體的分類固溶體的分類1 1、按雜質(zhì)原子在固溶體中的位置分類、按雜質(zhì)

2、原子在固溶體中的位置分類（1 1）取代（置換）型固溶體：雜質(zhì)原子進(jìn)入原晶體中正常格點(diǎn)的）取代（置換）型固溶體：雜質(zhì)原子進(jìn)入原晶體中正常格點(diǎn)的位置。絕大部分固溶體是這種類型。位置。絕大部分固溶體是這種類型。例如：例如：MgOMgO和和CoOCoO都是都是NaClNaCl結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 離子半徑離子半徑：MgMg2+2+: 0.066nm; Co: 0.066nm; Co2+2+: 0.072nm: 0.072nm MgOMgO中的中的MgMg2+2+位置可無限地被位置可無限地被CoCo2+2+占據(jù)，生成占據(jù)，生成MgMgx xCoCo1-x1-xO(x=0O(x=01)1)（2 2）填隙型固溶體：雜質(zhì)

3、原子進(jìn)入溶劑晶格中的間隙位置）填隙型固溶體：雜質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格中的間隙位置2 2、按雜質(zhì)原子在晶體中的溶解度劃分、按雜質(zhì)原子在晶體中的溶解度劃分（1 1）無限固溶體：溶質(zhì)和溶劑兩種晶體可以按任意比例無限）無限固溶體：溶質(zhì)和溶劑兩種晶體可以按任意比例無限制地相互溶解，又稱為連續(xù)固溶體或完全互溶固溶體。制地相互溶解，又稱為連續(xù)固溶體或完全互溶固溶體。如如: : MgOMgONiONiOMgMgx xCoCo1-x1-xO (x=0O (x=01)1) PbTiO PbTiO3 3+PbZrO+PbZrO3 3 PbPb(Zr(Zrx xTiTi1-x1-x)O)O3 3 (x=0 (x=01)1

4、)（2 2）有限固溶體：雜質(zhì)原子在固溶體中的溶解度是有限的，）有限固溶體：雜質(zhì)原子在固溶體中的溶解度是有限的，也稱不連續(xù)固溶體或部分互溶固溶體。也稱不連續(xù)固溶體或部分互溶固溶體。如何兩種晶體結(jié)構(gòu)不同或相互取代的離子半徑差別較大，就如何兩種晶體結(jié)構(gòu)不同或相互取代的離子半徑差別較大，就會生成有限固溶體。會生成有限固溶體。形成固溶體的基本條件（取代固溶體）形成固溶體的基本條件（取代固溶體）離子大小、離子電荷以及晶體結(jié)構(gòu)都要在合適的范圍內(nèi)。離子大小、離子電荷以及晶體結(jié)構(gòu)都要在合適的范圍內(nèi)。一、離子尺寸的影響一、離子尺寸的影響相互取代的離子半徑的差值一般要在一個范圍內(nèi)，相互取代的離子半徑的差值一般要在一

5、個范圍內(nèi)，才能形成固溶體，但這個范圍還沒有定式。才能形成固溶體，但這個范圍還沒有定式。金屬：一般離子半徑相差不超過金屬：一般離子半徑相差不超過1515非金屬：通常較大的離子可以部分地被較小的離子非金屬：通常較大的離子可以部分地被較小的離子取代，但用較大的離子取代較小的離子要困難得多。取代，但用較大的離子取代較小的離子要困難得多。二、晶體結(jié)構(gòu)的影響：二、晶體結(jié)構(gòu)的影響：1 1、要形成、要形成無限無限固溶體，兩個物相要有等結(jié)構(gòu)。但固溶體，兩個物相要有等結(jié)構(gòu)。但有相同的結(jié)構(gòu)不一定能形成無限固溶體。有相同的結(jié)構(gòu)不一定能形成無限固溶體。2 2、形成、形成有限有限固溶體，兩物相結(jié)構(gòu)固溶體，兩物相結(jié)構(gòu)不一定

6、不一定相同。相同。三、離子電荷的影響三、離子電荷的影響1 1、形成、形成無限固溶體無限固溶體，相互取代的離子必須帶，相互取代的離子必須帶同樣的電荷同樣的電荷：AlAl2 2O O3 3CrCr2 2O O3 3, PbTiO, PbTiO3 3PbZrOPbZrO3 3, , MgOCoOMgOCoO 2 2、如果互相取代的離子的、如果互相取代的離子的電荷不同電荷不同，為保持電中性，則，為保持電中性，則會產(chǎn)生會產(chǎn)生空位空位或或填隙子填隙子。 如：如：AlAl2 2O O3 3在在MgOMgO中有一定的溶解度，中有一定的溶解度，AlAl3+3+進(jìn)入進(jìn)入MgOMgO中占據(jù)中占據(jù)MgMg2+2+位位

7、 在在TiOTiO2-x2-x中，為保持電中性，中，為保持電中性，TiTi4+4+TiTi3+3+許多金屬都能夠形成填隙固溶體，填隙子主要是小許多金屬都能夠形成填隙固溶體，填隙子主要是小尺寸的原子，如尺寸的原子，如H H、C C、B B、N N等。等。面心立方的面心立方的PdPd吸藏大量的吸藏大量的H H，H H就是以填隙子的就是以填隙子的形式存在的：形式存在的：PdHPdH6 6C C填入面心立方的填入面心立方的 -Fe-Fe的八面體間隙形成鋼。的八面體間隙形成鋼。形成固溶體的基本條件（填隙固溶體）形成固溶體的基本條件（填隙固溶體）e.g.固溶體的特點(diǎn)固溶體的特點(diǎn) 固溶體是一個均勻的相。它不

8、同于溶劑（原始晶固溶體是一個均勻的相。它不同于溶劑（原始晶體），也不同于機(jī)械混合物，更不同于化合物。體），也不同于機(jī)械混合物，更不同于化合物。A A和和B B形成：形成：化合物化合物固溶體固溶體A A和和B B的比例確定的比例確定結(jié)構(gòu)完全不同于結(jié)構(gòu)完全不同于A A或或B B的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)確定不變性質(zhì)確定不變A A和和B B的比例有一定范圍的比例有一定范圍結(jié)構(gòu)與原始晶體一致結(jié)構(gòu)與原始晶體一致性質(zhì)隨組成的變化而變化性質(zhì)隨組成的變化而變化 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化溶質(zhì)原子和位錯的交互作用溶質(zhì)原子和位錯的交互作用. . 交互作用的性質(zhì)交互作用的性質(zhì)有彈性的、化學(xué)的、電性的和幾有彈性的、化學(xué)的、電性的和幾何的

9、。何的。 主要內(nèi)容主要內(nèi)容溶質(zhì)原子與位錯的彈性交互作用溶質(zhì)原子與位錯的彈性交互作用。 各種氣團(tuán)各種氣團(tuán)溶質(zhì)原子偏聚到位錯線周圍。溶質(zhì)原子偏聚到位錯線周圍。 柯氏（柯氏（Cottrell)Cottrell)氣團(tuán)；史氏氣團(tuán)；史氏( (SnockSnock) )氣團(tuán)；鈴木氣團(tuán)；鈴木（Suzuki)Suzuki)氣團(tuán)氣團(tuán) 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化位錯的彈性性質(zhì)位錯的彈性性質(zhì)晶體中有位錯存在時，位錯線及其周圍的晶格產(chǎn)生嚴(yán)重晶體中有位錯存在時，位錯線及其周圍的晶格產(chǎn)生嚴(yán)重畸變，畸變處的晶體原子偏離平衡位置，能量增高。位畸變，畸變處的晶體原子偏離平衡位置，能量增高。位錯線及其周圍區(qū)域產(chǎn)生彈性應(yīng)變和應(yīng)力場。錯線及其周

10、圍區(qū)域產(chǎn)生彈性應(yīng)變和應(yīng)力場。位錯的應(yīng)力場位錯的應(yīng)力場 從材料力學(xué)知識，我們已知固體中任一點(diǎn)的應(yīng)力從材料力學(xué)知識，我們已知固體中任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可用下圖所示的狀態(tài)可用下圖所示的9 9個應(yīng)力分量來表示：個應(yīng)力分量來表示：單元體各面上的應(yīng)力描述單元體各面上的應(yīng)力描述第一個腳標(biāo)第一個腳標(biāo)i：與作用面垂直的軸向，標(biāo)志作用面垂直于哪個晶向。：與作用面垂直的軸向，標(biāo)志作用面垂直于哪個晶向。第二個腳標(biāo)第二個腳標(biāo)j：與作用力平行的軸向，標(biāo)志著應(yīng)力的方向。：與作用力平行的軸向，標(biāo)志著應(yīng)力的方向。 要準(zhǔn)確地對晶體中位錯周圍的彈性應(yīng)力場進(jìn)行定量計(jì)算是要準(zhǔn)確地對晶體中位錯周圍的彈性應(yīng)力場進(jìn)行定量計(jì)算是復(fù)雜而困難的，為簡

11、化起見，通常采用彈性連續(xù)介質(zhì)模型來復(fù)雜而困難的，為簡化起見，通常采用彈性連續(xù)介質(zhì)模型來進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算。該模型作了以下該模型作了以下假設(shè)假設(shè)：a)a) 晶體是完全彈性體，服從虎克定律，即不存在塑性變形；晶體是完全彈性體，服從虎克定律，即不存在塑性變形；b)b) 晶體是各向同性的；晶體是各向同性的；c)c) 晶體中沒有空隙，由連續(xù)介質(zhì)組成。因此晶體中的應(yīng)力應(yīng)晶體中沒有空隙，由連續(xù)介質(zhì)組成。因此晶體中的應(yīng)力應(yīng)變是連續(xù)的，可用連續(xù)函數(shù)表示。變是連續(xù)的，可用連續(xù)函數(shù)表示。假設(shè)與實(shí)際情況不一樣，但是除了對嚴(yán)重畸變的位錯中心不適用外，對大部分存假設(shè)與實(shí)際情況不一樣，但是除了對嚴(yán)重畸變的位錯中心不適用外，

12、對大部分存在彈性變形的區(qū)域還是合適的。在彈性變形的區(qū)域還是合適的。彈性連續(xù)介質(zhì)模型彈性連續(xù)介質(zhì)模型1 1、螺位錯的應(yīng)力場、螺位錯的應(yīng)力場 力學(xué)模型：力學(xué)模型：取外半徑為取外半徑為R，內(nèi)半徑為，內(nèi)半徑為r0的各向同性材料的圓的各向同性材料的圓柱體，圓柱中心線作為柱體，圓柱中心線作為z軸坐標(biāo)，將圓柱沿軸坐標(biāo)，將圓柱沿xoz面切開，使切面面切開，使切面沿沿z軸方向相對位移軸方向相對位移b，再把切面粘起來，這樣在圓柱體內(nèi)就，再把切面粘起來，這樣在圓柱體內(nèi)就產(chǎn)生了螺位錯的彈性應(yīng)力場。產(chǎn)生了螺位錯的彈性應(yīng)力場。采用柱坐標(biāo)：采用柱坐標(biāo)：rGbz2G 材料的剪切模量材料的剪切模量b 位錯的柏氏矢量位錯的柏氏矢

13、量r 距位錯線中心的距離（半徑）距位錯線中心的距離（半徑） zz方向上的切應(yīng)力方向上的切應(yīng)力 由于圓柱只在由于圓柱只在z軸方向有位移，在軸方向有位移，在xy方向都沒有位移，所以其他分量都為方向都沒有位移，所以其他分量都為0：rr= = zz= r= r= rz= zr=0 xyzr螺位錯的應(yīng)力場的螺位錯的應(yīng)力場的特點(diǎn)特點(diǎn)：1. 只有切應(yīng)力，沒有正應(yīng)力分量；只有切應(yīng)力，沒有正應(yīng)力分量；2. 切應(yīng)力對稱分布：在包含位錯線的任何徑向平面上切應(yīng)力切應(yīng)力對稱分布：在包含位錯線的任何徑向平面上切應(yīng)力相等，與相等，與 角無關(guān)。因螺位錯的結(jié)構(gòu)是對稱的。角無關(guān)。因螺位錯的結(jié)構(gòu)是對稱的。采用直角坐標(biāo)：采用直角坐標(biāo)

14、：22222200yxxGbyxyGbzyyzzxxzyxxyzzyyxx正應(yīng)力正應(yīng)力切（剪）應(yīng)力切（剪）應(yīng)力2 2、刃位錯的應(yīng)力場、刃位錯的應(yīng)力場 力學(xué)模型：力學(xué)模型：取外半徑為取外半徑為R，內(nèi)半徑為，內(nèi)半徑為r0的各向同性材料的圓的各向同性材料的圓柱體，圓柱中心線作為柱體，圓柱中心線作為z軸坐標(biāo)，將圓柱沿軸坐標(biāo)，將圓柱沿xoz面切開，使切面面切開，使切面沿徑向方向相對位移沿徑向方向相對位移b，再把切面粘起來，這樣在圓柱體內(nèi)就，再把切面粘起來，這樣在圓柱體內(nèi)就產(chǎn)生了刃位錯的彈性應(yīng)力場。產(chǎn)生了刃位錯的彈性應(yīng)力場。刃位錯的應(yīng)力場比螺位錯復(fù)雜。刃位錯的應(yīng)力場比螺位錯復(fù)雜。sin0rbrrsin20

15、rbzzcos0rbrr0rrzrrz采用柱坐標(biāo)：采用柱坐標(biāo)：)1 (20G)1 (20)()()()()()()3(0222220222220222220Gyxyxbxyxyxbyyxyxbyzyyzzxxzxyyyxxzzyyxx為泊松比；為泊松比；G G為切變模量。為切變模量。采用直角坐標(biāo)：采用直角坐標(biāo)：刃型位錯的應(yīng)力場的刃型位錯的應(yīng)力場的特點(diǎn)特點(diǎn)：1. 正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量同時存在，各分量與正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量同時存在，各分量與Z無關(guān)；無關(guān)；2. 以滑移面為分界面，有半原子平面的一側(cè)為壓應(yīng)力以滑移面為分界面，有半原子平面的一側(cè)為壓應(yīng)力(xx0)；3. 在滑移面上在滑移面上(y=0)

16、，沒有正應(yīng)力，此時切應(yīng)力最大；，沒有正應(yīng)力，此時切應(yīng)力最大；4. 在半原子面上或與滑移面成在半原子面上或與滑移面成45度角的晶面上，無切應(yīng)力。度角的晶面上，無切應(yīng)力。位錯與溶質(zhì)原子的交互作用：位錯與溶質(zhì)原子的交互作用：在晶體中，點(diǎn)缺陷會引起晶格畸變，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，形成應(yīng)力場點(diǎn)在晶體中，點(diǎn)缺陷會引起晶格畸變，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，形成應(yīng)力場點(diǎn)缺陷的應(yīng)力場與位錯的應(yīng)力場會發(fā)生交互作用，其結(jié)果是通過點(diǎn)缺缺陷的應(yīng)力場與位錯的應(yīng)力場會發(fā)生交互作用，其結(jié)果是通過點(diǎn)缺陷運(yùn)動而使點(diǎn)缺陷相位錯形成特定的分布，從而使體系的自由能達(dá)陷運(yùn)動而使點(diǎn)缺陷相位錯形成特定的分布，從而使體系的自由能達(dá)到較低狀態(tài)這種點(diǎn)缺陷和位錯的特定分布對

17、晶體的力學(xué)性能有顯到較低狀態(tài)這種點(diǎn)缺陷和位錯的特定分布對晶體的力學(xué)性能有顯著的影響著的影響 彈性畸變彈性畸變304 RV RRR)(0球形畸變，溶質(zhì)原子與位錯的球形畸變，溶質(zhì)原子與位錯的正應(yīng)力場正應(yīng)力場起作用：起作用：位錯中正應(yīng)力分量的平均值：位錯中正應(yīng)力分量的平均值：3)(zzyyxxPR0的原子被的原子被R的的取代原子取代取代原子取代代入刃型位錯正應(yīng)力場代入刃型位錯正應(yīng)力場221131yxyGbvvP柱坐標(biāo)：柱坐標(biāo)：rGbvvPsin1131r ：點(diǎn)缺陷與位錯間的距離：點(diǎn)缺陷與位錯間的距離晶體中存在缺陷時，克服位錯應(yīng)力所做的功，晶體中存在缺陷時，克服位錯應(yīng)力所做的功，即即點(diǎn)缺陷與位錯的交互

18、作用能：點(diǎn)缺陷與位錯的交互作用能：rGbRvvVPWsin1134301.1. 如果交互作用能為負(fù)值，如果交互作用能為負(fù)值，W0W0W0，則表示位錯和溶質(zhì)原子相互排斥。，則表示位錯和溶質(zhì)原子相互排斥。2.2. 交互作用能交互作用能W rW r-1-1, ,即距離位錯中心越近，即距離位錯中心越近，|W|W|越大。但是越大。但是r r不能小于位錯寬不能小于位錯寬度，否則無意義。度，否則無意義。3.3. 如果如果00，表示溶入的溶質(zhì)原子引起體積膨脹，使交互作用能增加，表示溶，表示溶入的溶質(zhì)原子引起體積膨脹，使交互作用能增加，表示溶質(zhì)原子和位錯相互排斥。對于正刃型位錯而言，點(diǎn)缺陷所處的位置不同情況質(zhì)原

19、子和位錯相互排斥。對于正刃型位錯而言，點(diǎn)缺陷所處的位置不同情況不一不一 樣。若樣。若0,0,即溶質(zhì)原子位于正刃型位錯上方，則即溶質(zhì)原子位于正刃型位錯上方，則W0W0，位錯和溶質(zhì)，位錯和溶質(zhì)原子相互排斥。若原子相互排斥。若22，即溶質(zhì)原子位于正，即溶質(zhì)原子位于正 刃型位錯下方，刃型位錯下方，W0W0，位錯，位錯和溶質(zhì)原子相互吸引。所以，對于半徑大的置換溶質(zhì)原子，一定是位于位錯和溶質(zhì)原子相互吸引。所以，對于半徑大的置換溶質(zhì)原子，一定是位于位錯受膨脹部分才比較穩(wěn)定。受膨脹部分才比較穩(wěn)定。4.4. 如果如果 00,0,溶質(zhì)原子位于位錯上方的受壓縮部分，溶質(zhì)原子位于位錯上方的受壓縮部分，W0W0，即意味

20、，即意味 著在刃型位錯著在刃型位錯壓縮區(qū)將吸引比溶質(zhì)原子尺寸小的溶質(zhì)原子。壓縮區(qū)將吸引比溶質(zhì)原子尺寸小的溶質(zhì)原子。rGbRvvVPWsin113430溶質(zhì)原子與位錯交互作用的結(jié)果溶質(zhì)原子與位錯交互作用的結(jié)果（1）Cottrell 氣團(tuán)氣團(tuán)間隙原子在位錯周圍的（張應(yīng)力區(qū)）偏聚。間隙原子在位錯周圍的（張應(yīng)力區(qū)）偏聚。（2）Snoek 氣團(tuán)氣團(tuán)間隙原子在體心立方金屬中的不對稱畸變與螺型位間隙原子在體心立方金屬中的不對稱畸變與螺型位錯發(fā)生交互作用而使間隙原子在晶胞內(nèi)呈有序排列，錯發(fā)生交互作用而使間隙原子在晶胞內(nèi)呈有序排列，且使螺型位錯的彈性能降低。且使螺型位錯的彈性能降低。（3）Suzuki 氣團(tuán)氣團(tuán)

21、面心立方金屬中，溶質(zhì)由于化學(xué)的交互作用（非彈面心立方金屬中，溶質(zhì)由于化學(xué)的交互作用（非彈性交互作用）而在層錯區(qū)中的偏聚，使層錯能降低。性交互作用）而在層錯區(qū)中的偏聚，使層錯能降低。“柯氏氣團(tuán)柯氏氣團(tuán)”的概念最早由的概念最早由CottrellCottrell提出。間隙式或者置提出。間隙式或者置換式溶質(zhì)原子在刃型位錯彈性交互作用時，交互能為負(fù)的換式溶質(zhì)原子在刃型位錯彈性交互作用時，交互能為負(fù)的情況下，溶質(zhì)在基體中不會形成均情況下，溶質(zhì)在基體中不會形成均 勻分布（當(dāng)然是指在勻分布（當(dāng)然是指在位錯應(yīng)力場范圍內(nèi)），它們要偏聚到位錯周圍，形成所謂位錯應(yīng)力場范圍內(nèi)），它們要偏聚到位錯周圍，形成所謂“柯氏氣團(tuán)

22、柯氏氣團(tuán)”。此時，位錯如果要運(yùn)動就必須從氣團(tuán)中掙。此時，位錯如果要運(yùn)動就必須從氣團(tuán)中掙脫出來或者拖著氣團(tuán)一起運(yùn)脫出來或者拖著氣團(tuán)一起運(yùn) 動。于是產(chǎn)生了較強(qiáng)的固溶動。于是產(chǎn)生了較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化效應(yīng)。強(qiáng)化效應(yīng)?？率蠚鈭F(tuán)柯氏氣團(tuán)“史氏氣團(tuán)史氏氣團(tuán)”即即“Snoek氣團(tuán)氣團(tuán)”。當(dāng)間隙溶質(zhì)原。當(dāng)間隙溶質(zhì)原子在體心立方晶體中產(chǎn)生子在體心立方晶體中產(chǎn)生非對稱畸變時非對稱畸變時，它既和，它既和刃型位錯也和刃型位錯也和螺螺 型位錯型位錯發(fā)生交互作用。發(fā)生交互作用。C、N原原子和子和Fe中的螺型位錯交互作用形成的氣團(tuán)，中的螺型位錯交互作用形成的氣團(tuán)，即為即為“史氏氣團(tuán)史氏氣團(tuán)”?！笆肥蠚鈭F(tuán)史氏氣團(tuán)”比比“柯氏氣團(tuán)柯

23、氏氣團(tuán)”容易在鋼鐵材料中形成，但它的容易在鋼鐵材料中形成，但它的 運(yùn)動阻力和運(yùn)動阻力和“柯柯氏氣團(tuán)氏氣團(tuán)”差不多。實(shí)際上，我們通常說的差不多。實(shí)際上，我們通常說的C（N）原子在原子在Fe中形成氣團(tuán)，即包括這兩種形式。中形成氣團(tuán)，即包括這兩種形式。只是從與位錯的交互作用分析，我們將它們?nèi)藶橹皇菑呐c位錯的交互作用分析，我們將它們?nèi)藶?地分開了。氣團(tuán)理論由地分開了。氣團(tuán)理論由Cotrell提出，既包括了柯提出，既包括了柯氏氣團(tuán)，也包括史氏氣團(tuán)。氏氣團(tuán)，也包括史氏氣團(tuán)。史氏氣團(tuán)史氏氣團(tuán)史氏氣團(tuán)史氏氣團(tuán)體心立方金屬中的間隙溶質(zhì)原子與螺位錯的彈體心立方金屬中的間隙溶質(zhì)原子與螺位錯的彈性交互作用。性交互作用

24、。體心立方金屬中的間隙溶質(zhì)原子在基體中產(chǎn)生非對稱的畸變。體心立方金屬中的間隙溶質(zhì)原子在基體中產(chǎn)生非對稱的畸變。 在螺位錯的切應(yīng)力作用下，間隙溶質(zhì)原子沿位錯線分布以降在螺位錯的切應(yīng)力作用下，間隙溶質(zhì)原子沿位錯線分布以降低應(yīng)變能。低應(yīng)變能。 與柯氏氣團(tuán)比較，史氏氣團(tuán)形成很容易，不需要溶質(zhì)原子的與柯氏氣團(tuán)比較，史氏氣團(tuán)形成很容易，不需要溶質(zhì)原子的長程擴(kuò)散，也不需要溶質(zhì)原子的富集，只是通過碳原子在晶胞內(nèi)長程擴(kuò)散，也不需要溶質(zhì)原子的富集，只是通過碳原子在晶胞內(nèi)的簡單跳動，擴(kuò)散距離只是點(diǎn)陣常數(shù)的一半。的簡單跳動，擴(kuò)散距離只是點(diǎn)陣常數(shù)的一半。 史氏氣團(tuán)對位錯的運(yùn)動阻力和柯氏氣團(tuán)得差不多。史氏氣團(tuán)對位錯的運(yùn)動

25、阻力和柯氏氣團(tuán)得差不多?！扳從練鈭F(tuán)鈴木氣團(tuán)”與與“柯氏氣團(tuán)柯氏氣團(tuán)”有所不同。在面心立方金有所不同。在面心立方金屬中，全位錯帶屬中，全位錯帶 ?？梢苑纸鉃閮蓚€肖克萊位錯，中間?？梢苑纸鉃閮蓚€肖克萊位錯，中間夾以夾以層錯區(qū)層錯區(qū)。在層錯區(qū)原子的錯排構(gòu)成兩個原子層厚的。在層錯區(qū)原子的錯排構(gòu)成兩個原子層厚的hcp結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。溶質(zhì)原子在基體中與在層錯中的分布是不同溶質(zhì)原子在基體中與在層錯中的分布是不同的。的。溶質(zhì)原子在溶質(zhì)原子在 層錯區(qū)的偏聚可以降低層錯能。如果層錯區(qū)的偏聚可以降低層錯能。如果擴(kuò)展位錯從富集溶質(zhì)的層錯中運(yùn)動出來，將使系統(tǒng)自由擴(kuò)展位錯從富集溶質(zhì)的層錯中運(yùn)動出來，將使系統(tǒng)自由能升高，外力必

26、須克服阻力作功。能升高，外力必須克服阻力作功。溶質(zhì)原子在層錯中的溶質(zhì)原子在層錯中的偏聚即稱為偏聚即稱為“鈴木鈴木 氣團(tuán)氣團(tuán)”?！扳從練鈭F(tuán)鈴木氣團(tuán)”是首先由是首先由Suzuki（鈴木）提出來的。因?yàn)殁從練鈭F(tuán)不像柯氏氣團(tuán)（鈴木）提出來的。因?yàn)殁從練鈭F(tuán)不像柯氏氣團(tuán)那樣產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變，因此鈴木氣團(tuán)不屬于彈性交互作用，那樣產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變，因此鈴木氣團(tuán)不屬于彈性交互作用，而被認(rèn)為是一而被認(rèn)為是一 種種化學(xué)的交互作用化學(xué)的交互作用。鈴木氣團(tuán)的阻力比。鈴木氣團(tuán)的阻力比較小，只有柯氏氣團(tuán)的較小，只有柯氏氣團(tuán)的1/10。鈴木氣團(tuán)鈴木氣團(tuán)上下屈服點(diǎn)：上下屈服點(diǎn)：在低碳鋼的應(yīng)力在低碳鋼的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線中出現(xiàn)了明顯的屈

27、服點(diǎn)（稱為上屈服應(yīng)變曲線中出現(xiàn)了明顯的屈服點(diǎn)（稱為上屈服點(diǎn)）后，應(yīng)力突然下降到一個較低的值（下屈服點(diǎn)），此后試樣點(diǎn)）后，應(yīng)力突然下降到一個較低的值（下屈服點(diǎn)），此后試樣繼續(xù)伸長，而應(yīng)力繼續(xù)伸長，而應(yīng)力保持不變，即發(fā)生屈服伸長。產(chǎn)生一定伸長后，保持不變，即發(fā)生屈服伸長。產(chǎn)生一定伸長后，應(yīng)力又隨應(yīng)變連續(xù)上升。應(yīng)力又隨應(yīng)變連續(xù)上升。上、下屈服點(diǎn)與應(yīng)變失效現(xiàn)象上、下屈服點(diǎn)與應(yīng)變失效現(xiàn)象應(yīng)變失效應(yīng)變失效當(dāng)預(yù)塑性變形后卸掉載荷，當(dāng)預(yù)塑性變形后卸掉載荷，但又立即重新加載，變形將但又立即重新加載，變形將沿沿“b”b”曲線進(jìn)行，此時將不曲線進(jìn)行，此時將不再出現(xiàn)再出現(xiàn)“a”a”中的屈服現(xiàn)象；中的屈服現(xiàn)象；但在但在

28、“a”a”之后，不是立即加之后，不是立即加載，而是在室溫停留較長時載，而是在室溫停留較長時間或進(jìn)行加熱（稱為時效），間或進(jìn)行加熱（稱為時效），此時再重新加載，試樣將沿此時再重新加載，試樣將沿“c”c”曲線變形，上、下屈服曲線變形，上、下屈服點(diǎn)又會出現(xiàn)，而且屈服點(diǎn)還點(diǎn)又會出現(xiàn)，而且屈服點(diǎn)還有所提高，這個現(xiàn)象稱為應(yīng)有所提高，這個現(xiàn)象稱為應(yīng)變時效。變時效。屈服與應(yīng)變失效屈服與應(yīng)變失效（1）屈服現(xiàn)象的）屈服現(xiàn)象的Cottrell 氣團(tuán)解釋氣團(tuán)解釋1948年由年由Cottrell首先在低碳鋼中提出：碳氮原子與位首先在低碳鋼中提出：碳氮原子與位錯交互作用所形成的錯交互作用所形成的Cottrell氣團(tuán)釘扎位

29、錯，需提高外氣團(tuán)釘扎位錯，需提高外力才能使位錯運(yùn)動（形成上屈服點(diǎn)），一旦位錯開始力才能使位錯運(yùn)動（形成上屈服點(diǎn)），一旦位錯開始運(yùn)動以后，位錯運(yùn)動以后，位錯“脫釘脫釘”，塑性變形所需的應(yīng)力由迅，塑性變形所需的應(yīng)力由迅速下降（形成下屈服點(diǎn)），金屬屈服而形成屈服平臺，速下降（形成下屈服點(diǎn)），金屬屈服而形成屈服平臺，屈服伸長結(jié)束后，試樣進(jìn)入均勻塑性變形階段。屈服伸長結(jié)束后，試樣進(jìn)入均勻塑性變形階段。但在不形成柯氏氣團(tuán)的晶體中，但在不形成柯氏氣團(tuán)的晶體中，也出現(xiàn)屈服降落。也出現(xiàn)屈服降落。（2）Gliman-Johnston 位錯動力學(xué)理論位錯動力學(xué)理論從位錯運(yùn)動速率與應(yīng)力的關(guān)系，尋求屈服的普遍從位錯運(yùn)動

30、速率與應(yīng)力的關(guān)系，尋求屈服的普遍解釋，其要點(diǎn)（假設(shè)條件）是：解釋，其要點(diǎn)（假設(shè)條件）是：A：變形前可動位錯的密度?。ù罅课诲e被釘扎）：變形前可動位錯的密度?。ù罅课诲e被釘扎）B：變形后位錯能快速產(chǎn)生與增殖：變形后位錯能快速產(chǎn)生與增殖C：位錯運(yùn)動速率對應(yīng)力不敏感：位錯運(yùn)動速率對應(yīng)力不敏感該理論可對該理論可對Cottrell理論作一個補(bǔ)充與完善。理論作一個補(bǔ)充與完善。（3 3）低碳鋼的動態(tài)應(yīng)變時效）低碳鋼的動態(tài)應(yīng)變時效Portevin Portevin 和和 Le Chatelier Le Chatelier 首先在低碳鋼中首先在低碳鋼中發(fā)現(xiàn)：隨著變形溫度的升高，明顯的屈服降發(fā)現(xiàn)：隨著變形溫度的升

31、高，明顯的屈服降落逐漸消失，取而代之的是應(yīng)力應(yīng)變曲線落逐漸消失，取而代之的是應(yīng)力應(yīng)變曲線出現(xiàn)鋸齒形，以后在銅、鋁等合金中也發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)鋸齒形，以后在銅、鋁等合金中也發(fā)現(xiàn)同樣的現(xiàn)象。同樣的現(xiàn)象。Cottrell Cottrell 氣團(tuán)可以很好地解釋動態(tài)應(yīng)變失效氣團(tuán)可以很好地解釋動態(tài)應(yīng)變失效變形溫度升高溶質(zhì)的擴(kuò)散速度快（既容易變形溫度升高溶質(zhì)的擴(kuò)散速度快（既容易擴(kuò)散到位錯附近形成氣團(tuán)，也容易在位錯的擴(kuò)散到位錯附近形成氣團(tuán)，也容易在位錯的運(yùn)動過程中掙脫氣團(tuán)）形成運(yùn)動過程中掙脫氣團(tuán)）形成“釘扎與脫釘釘扎與脫釘”的平衡）產(chǎn)生鋸齒形的平衡）產(chǎn)生鋸齒形假如溶質(zhì)原子不是偏聚到位錯周圍，或者不是假如溶質(zhì)原子不是偏聚到位錯周圍，或者不是作有序分布，也就不形成上述的幾種氣團(tuán)，而作有序分布，也就不形成上述的幾種氣團(tuán)，而是以單個原子或原子團(tuán)的形式無規(guī)則地在基