位錯(cuò)與溶質(zhì)原子之間的交互作用

1、位錯(cuò)與溶質(zhì)原子之間的位錯(cuò)與溶質(zhì)原子之間的交互作用交互作用位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的交互作用位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的交互作用 在完整晶體中，溶質(zhì)原子分布是隨機(jī)的， 但有其他缺陷（位錯(cuò)）產(chǎn)生應(yīng)力場時(shí)，溶質(zhì)原子產(chǎn)生的應(yīng)變能就要發(fā)生改變。 溶質(zhì)原子在晶體中會(huì)引起點(diǎn)陣畸變，產(chǎn)生的應(yīng)力場可與位錯(cuò)產(chǎn)生交互作用。 種類：彈性的彈性的、化學(xué)的、電學(xué)的、幾何的 彈性作用最為重要。 不論是置換型還是間隙型溶質(zhì)原子均會(huì)引起晶格畸變 間隙原子以及尺寸大于溶劑原子的溶質(zhì)原子使周圍基體晶格受到壓縮應(yīng)力。 尺寸小于溶劑原子的溶質(zhì)使基體晶格受到拉伸。溶質(zhì)原子與周圍原子的交互作用溶質(zhì)原子與周圍原子的交互作用 溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的交互作用溶質(zhì)原子與位錯(cuò)

2、的交互作用 所有溶質(zhì)原子均可在刃型位錯(cuò)周圍找到合適的位置。正刃型位錯(cuò) 下方原子受到拉應(yīng)力，原子半徑較大的置換型溶質(zhì)原子和間隙原子位于位錯(cuò)滑移面下方（即晶格受拉區(qū)）可以降低位錯(cuò)的應(yīng)變能。 小原子半徑的間隙型溶質(zhì)原子位于滑稱面上方（晶格受壓區(qū)）可以降低位錯(cuò)應(yīng)變能，使體系處于較低的能量狀態(tài)。位錯(cuò)點(diǎn)缺陷應(yīng)力場應(yīng)力場交互作用能量降低穩(wěn)定位錯(cuò)強(qiáng)化晶體溶質(zhì)原子分布于位錯(cuò)周圍使位錯(cuò)的應(yīng)變能下降，位錯(cuò)的穩(wěn)定性增加，晶體強(qiáng)度提高。 交互作用會(huì)使溶質(zhì)原子發(fā)生移動(dòng)，使得在位錯(cuò)附近形成溶質(zhì)原子氣團(tuán)，包括柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)(cottrell）氣團(tuán)，斯諾克(snoek)氣團(tuán)，鈴木（suzuki）氣團(tuán)。彈性交互作用 溶質(zhì)原子會(huì)使周圍

3、晶體產(chǎn)生彈性畸變，而產(chǎn)生應(yīng)力場，它與位錯(cuò)的應(yīng)力場相互作用從而升高或降低晶體中的彈性應(yīng)變能。分為柯垂?fàn)栃?cottrell)和斯諾克型(snoek)兩種作用?？麓?fàn)枤鈭F(tuán)柯垂?fàn)枤鈭F(tuán) 溶質(zhì)原子與位錯(cuò)彈性交互作用的結(jié)果使溶質(zhì)原子積聚在減小晶格畸變的位置，減低了體系能量，使體系更穩(wěn)定，這種結(jié)構(gòu)稱為柯垂?fàn)柨麓範(fàn)?Cotrell)氣團(tuán)氣團(tuán)?？麓?fàn)枤鈭F(tuán)柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)當(dāng)具有柯氏氣團(tuán)的位錯(cuò)在外力作用下，欲離開溶質(zhì)原子時(shí)，勢必升高應(yīng)變能。這相當(dāng)溶質(zhì)原子對(duì)位錯(cuò)有釘扎作用，阻礙了位錯(cuò)的移動(dòng)，是固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化的重要原因。位錯(cuò)的移動(dòng)速度小于溶質(zhì)遷移速度，位錯(cuò)將拖著氣團(tuán)一起運(yùn)動(dòng)；位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速度大于溶質(zhì)遷移速度時(shí)，將掙脫氣團(tuán)而獨(dú)立

4、運(yùn)動(dòng)?？率蠚鈭F(tuán)對(duì)位錯(cuò)有釘扎作用，因此固溶體合金的變形抗力要高于純金屬?？麓?fàn)枤鈭F(tuán)柯垂?fàn)枤鈭F(tuán) 位錯(cuò)與溶質(zhì)原子交互作用溶質(zhì)原子向位錯(cuò)線聚集溶質(zhì)原原子氣團(tuán)子氣團(tuán)； 位錯(cuò)更加穩(wěn)定-“釘軋”； 變形時(shí)位錯(cuò)需“脫釘”“屈屈服平臺(tái)服平臺(tái)”試樣在上屈服點(diǎn)發(fā)生明顯塑性變形，應(yīng)力突然下降到下屈服點(diǎn)。然后發(fā)生連續(xù)變形，形成具有微小波動(dòng)的屈服平臺(tái)屈服平臺(tái)。屈服點(diǎn)的出現(xiàn)與金屬中存在的微量溶質(zhì)有關(guān)。 溶質(zhì)原子在位錯(cuò)處形成的柯氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)有釘扎作用，會(huì)導(dǎo)致屈服極限s提高(上屈服點(diǎn))，而位錯(cuò)一旦掙脫氣團(tuán)的釘扎，便可以在較小的應(yīng)力下繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，較小應(yīng)力對(duì)應(yīng)于拉伸曲線的下屈服點(diǎn)。 已經(jīng)屈服的試樣卸載后立即加載拉伸，由于位錯(cuò)已脫離氣

5、團(tuán)釘扎，故不再出現(xiàn)上屈服點(diǎn)。 卸載后放置較長時(shí)間或短時(shí)加熱，溶質(zhì)原子又通過擴(kuò)散重新在位錯(cuò)處形成柯氏氣團(tuán)，屈服點(diǎn)又重新出現(xiàn)。鐵中的碳-位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)障礙 Carbon is an “impurity” The carbon atom creates a stress field that blocks the intended movement of the dislocation. It takes substantial energy to overcome the obstacle.斯諾克氣團(tuán)斯諾克氣團(tuán) 體心立方晶體中的間隙原子如C、N等與螺型位錯(cuò)切應(yīng)力場發(fā)生交互作用 間隙原子分布于-Fe的

6、(1/2,0,0) (0,1/2, 0) ( 0,0,1/2)間隙位置 在應(yīng)力作用下，三個(gè)間隙位置的原子應(yīng)變能不同，從應(yīng)變能大的位置跳到應(yīng)變能小的位置，即斯諾克效應(yīng)。斯諾克效應(yīng)。斯諾克氣團(tuán)斯諾克氣團(tuán) 當(dāng)間隙溶質(zhì)原子在體心立方晶體中產(chǎn)生非對(duì)稱畸變時(shí)，它既和刃型位錯(cuò)也和螺型位錯(cuò)發(fā)生交互作用。C、N原子和-Fe中的螺型位錯(cuò)交互作用形成的氣團(tuán)，即為斯諾克斯諾克(Snoek)氣團(tuán)氣團(tuán)。 和柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)相比，形成這種氣團(tuán)不需要原子長程擴(kuò)散，也不需要引起溶質(zhì)原子的聚集。鈴木氣團(tuán)鈴木氣團(tuán) 在面心立方金屬中，溶質(zhì)原子在層錯(cuò)區(qū)層錯(cuò)區(qū)的濃度與基體不同，溶質(zhì)原子在層錯(cuò)區(qū)的偏聚可以降低層錯(cuò)能，與擴(kuò)展位錯(cuò)之間發(fā)生化學(xué)交互作用，阻礙擴(kuò)展位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。層錯(cuò)區(qū)富集的溶質(zhì)原子稱為鈴木鈴木(Suzuki)氣團(tuán)氣團(tuán)。 與柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)相比：1)釘扎作用力比柯垂?fàn)栕饔昧π。s為十分