第6章-固溶強化課件

1、柯氏氣團柯氏氣團刃型位錯與溶質(zhì)原子的交互作用。刃型位錯與溶質(zhì)原子的交互作用。 溶質(zhì)原子在基體中產(chǎn)生球?qū)ΨQ的畸變。溶質(zhì)原子在基體中產(chǎn)生球?qū)ΨQ的畸變。 位錯有正應力分量。位錯有正應力分量。 間隙溶質(zhì)原子與刃型位錯的彈性交互作用比置換溶質(zhì)原子的大。間隙溶質(zhì)原子與刃型位錯的彈性交互作用比置換溶質(zhì)原子的大?？率蠚鈭F的結(jié)構(gòu)柯氏氣團的結(jié)構(gòu)稀釋氣團和飽和氣團稀釋氣團和飽和氣團 稀釋氣團稀釋氣團溶質(zhì)原子的濃度服從麥克斯韋溶質(zhì)原子的濃度服從麥克斯韋-玻爾茲曼分布。稀釋氣團玻爾茲曼分布。稀釋氣團 可見，稀釋氣團只能在較高溫度下存在，隨溫度的降低，在位錯附近的溶質(zhì)濃度會越來越多，當C=1時，由稀釋氣團轉(zhuǎn)化為飽和氣團，

2、對應的溫度為TC。問題：問題：為什么會形成飽和氣團？為什么會形成飽和氣團？ 形成飽和氣團的溶質(zhì)原子的含量？形成飽和氣團的溶質(zhì)原子的含量？00( , )( , )exp( , )u RC RCCu RkT，式中，溶質(zhì)的平均濃度；交互作用能?？率蠚鈭F柯氏氣團史氏史氏(Snock)氣團氣團史氏氣團史氏氣團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。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。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。 在螺位錯的切應力作用下，間隙溶質(zhì)原子沿位錯線分布以降低應變能。在螺位錯的切應力作用下，

3、間隙溶質(zhì)原子沿位錯線分布以降低應變能。 與柯氏氣團比較，史氏氣團形成很容易，不需要溶質(zhì)原子的長程擴散，也與柯氏氣團比較，史氏氣團形成很容易，不需要溶質(zhì)原子的長程擴散，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，擴散距離只不需要溶質(zhì)原子的富集，只是通過碳原子在晶胞內(nèi)的簡單跳動，擴散距離只是點陣常數(shù)的一半。是點陣常數(shù)的一半。 史氏氣團對位錯的運動阻力和柯氏氣團得差不多。史氏氣團對位錯的運動阻力和柯氏氣團得差不多。動態(tài)應變時效動態(tài)應變時效n氣團對運動位錯的拖曳氣團對運動位錯的拖曳 影響拖曳力的因素：影響拖曳力的因素： 位錯運動速度：由圖位錯運動速度：由圖a可知，位錯運動的速度很高或很低

4、時可知，位錯運動的速度很高或很低時,拖曳力都是很小的。位拖曳力都是很小的。位錯運動的速度很高，溶質(zhì)原子的擴散速率跟不上位錯的運動錯運動的速度很高，溶質(zhì)原子的擴散速率跟不上位錯的運動, 來不及形成氣團；位錯運來不及形成氣團；位錯運動的速度很低時，位錯與溶質(zhì)原子形成一穩(wěn)定的低能結(jié)構(gòu)，不產(chǎn)生拖曳力。當位錯以動的速度很低時，位錯與溶質(zhì)原子形成一穩(wěn)定的低能結(jié)構(gòu)，不產(chǎn)生拖曳力。當位錯以某一速度某一速度V運動時，氣團中心落后于位錯一定距離時，才產(chǎn)生拖曳力。運動時，氣團中心落后于位錯一定距離時，才產(chǎn)生拖曳力。 當位錯運動的速度當位錯運動的速度VC與氣團遷移的速度相等時，拖曳力最大。與氣團遷移的速度相等時，拖曳

5、力最大。 溫度：溫度升高，溶質(zhì)原子的擴散速率增加，溫度：溫度升高，溶質(zhì)原子的擴散速率增加，VC也越高，但最大拖曳力不變也越高，但最大拖曳力不變(圖圖b)。 應變速率：拖曳力與應變速率的關(guān)系類似于和位錯運動速度的關(guān)系應變速率：拖曳力與應變速率的關(guān)系類似于和位錯運動速度的關(guān)系(圖圖c)。 應變速率恒定時，由于提高應變速率和降低溫度對拖曳力影響效果一應變速率恒定時，由于提高應變速率和降低溫度對拖曳力影響效果一 樣，拖曳力和溫樣，拖曳力和溫度的關(guān)系如圖度的關(guān)系如圖d。n 動態(tài)應變時效動態(tài)應變時效變形中產(chǎn)生時效的現(xiàn)象。當溫度足夠高時，溶質(zhì)原子和位變形中產(chǎn)生時效的現(xiàn)象。當溫度足夠高時，溶質(zhì)原子和位錯的交互

6、作用可以在變形過程中發(fā)生。錯的交互作用可以在變形過程中發(fā)生。 發(fā)生在一定的溫度范圍，溫度范圍隨應變速率的增加而上移。發(fā)生在一定的溫度范圍，溫度范圍隨應變速率的增加而上移。 動態(tài)應變時效的特點動態(tài)應變時效的特點 第三節(jié)第三節(jié) 單晶體的滑移變形單晶體的滑移變形n 密排六方（密排六方（hcp)晶體金屬的滑移晶體金屬的滑移理想的密排六方（hcp)晶體（c/a=1.633)的滑移系：（） c/a接近或大于1.633的密排六方金屬(Mg(1.624);Zn(1.856);Cd(1.885)的滑移系： （）滑移系少，加工硬化速率低加工硬化速率低 c/a小于1.633的密排六方金屬(Ti(1.587);Zr(

7、1.5) )的滑移系： 基面已不是唯一的密排面， 棱柱面和棱 錐面密排程 度與基面相近棱柱面和 棱錐面也是滑移面，滑移 方向不變滑移系多，加工硬化速率大加工硬化速率大n面心立方面心立方(fcc)晶體金屬的滑移晶體金屬的滑移 滑移面：滑移面：111；滑移方向：；滑移方向：110 特點：滑移系多，可進行單滑移、雙滑移或多滑移，取決于外力軸的取向特點：滑移系多，可進行單滑移、雙滑移或多滑移，取決于外力軸的取向 n體心立方體心立方(bcc)晶體金屬的滑移晶體金屬的滑移 滑移面：滑移面：110、112、123；滑移方向：；滑移方向：111 特點：不服從特點：不服從Schmid定律和滑移的非對稱性。定律和

8、滑移的非對稱性。 不服從不服從Schmid定律的兩種表現(xiàn)：定律的兩種表現(xiàn)： 不同溫度在不同晶向上做拉力試驗，不同溫度在不同晶向上做拉力試驗， 當當Schmid因子最大時，臨界分切應因子最大時，臨界分切應 力并不是最大，而且也不是常數(shù)力并不是最大，而且也不是常數(shù) 。 同樣晶向上拉伸與壓縮的臨界切應力不相等同樣晶向上拉伸與壓縮的臨界切應力不相等 表明位錯運動在正反方向上的阻力不同表明位錯運動在正反方向上的阻力不同第四節(jié)第四節(jié) 多晶體的變形多晶體的變形影響多晶體變形的兩個因素：晶界和晶體（粒）位向影響多晶體變形的兩個因素：晶界和晶體（粒）位向n 晶體位向的影響晶體位向的影響 晶粒間變形要協(xié)調(diào)，至少應

9、有晶粒間變形要協(xié)調(diào)，至少應有5個獨立的滑移系。個獨立的滑移系。 面心和體心立方金屬滑移系多可滿足要求面心和體心立方金屬滑移系多可滿足要求5個獨立的滑移系的變形協(xié)調(diào)條件。個獨立的滑移系的變形協(xié)調(diào)條件。 密排六方金屬滑移系少，為了實現(xiàn)變形協(xié)調(diào)密排六方金屬滑移系少，為了實現(xiàn)變形協(xié)調(diào): 柱面和棱錐面參與滑移；柱面和棱錐面參與滑移；產(chǎn)生孿生變形產(chǎn)生孿生變形n 晶界的影響晶界的影響 位錯在晶界上的塞積位錯在晶界上的塞積 位錯運動受到晶界的阻止，在晶界前塞積，形成塞積群。位錯在塞積群中的位錯運動受到晶界的阻止，在晶界前塞積，形成塞積群。位錯在塞積群中的 分布是不均勻的，離晶界越近排列越密。分布是不均勻的，離

10、晶界越近排列越密。 塞積群的長度塞積群的長度L等于晶粒直徑等于晶粒直徑D的一半：的一半：L=D/2 設：塞積群中有設：塞積群中有n個位錯，在外力個位錯，在外力作用下，晶界對領(lǐng)先位錯的作用力作用下，晶界對領(lǐng)先位錯的作用力B，則則 B=n n 可知在外力可知在外力作用下在晶界附近引起的應力集中是外力作用下在晶界附近引起的應力集中是外力的的n倍。倍。 塞積位錯產(chǎn)生的應力集中的作用：塞積位錯產(chǎn)生的應力集中的作用： 激發(fā)相鄰晶粒位錯源的開動，使變形由一個晶粒傳播到另一個晶粒激發(fā)相鄰晶粒位錯源的開動，使變形由一個晶粒傳播到另一個晶粒 當當B在相鄰晶粒滑移方向上的分切應力在相鄰晶?；品较蛏系姆智袘?達到

11、臨界切應力達到臨界切應力c時，相時，相鄰晶粒的位錯源開動。鄰晶粒的位錯源開動。 產(chǎn)生生解理裂紋，松弛應力。產(chǎn)生生解理裂紋，松弛應力。 晶界發(fā)射位錯晶界發(fā)射位錯 晶界除了阻礙位錯運動造成位錯塞集外，還可以自身發(fā)射位錯。晶界除了阻礙位錯運動造成位錯塞集外，還可以自身發(fā)射位錯。第五節(jié)第五節(jié) 溫度和應變速率對流變應力的影響溫度和應變速率對流變應力的影響n流變應力的組成流變應力的組成 流變應力隨溫度升高或應變速率降低而減小流變應力隨溫度升高或應變速率降低而減小.溫度達到某一臨界值后溫度達到某一臨界值后,流變應力不在變化。流變應力不在變化。 流變應力的組成流變應力的組成 *G*G*C G*G = +T =

12、0=流變應力由兩部分組成：與溫度有關(guān)的分量 和與溫度無關(guān)的分量當溫度超過超過臨界溫度后，取決于位錯運動受到的短程障礙。如螺位錯與林位錯交截后產(chǎn)生的割階的攀移。取決于位錯運動受到的長程障礙。平行位錯間的相互作用。當溫度超過超過臨界溫*C GC*CT =0=TTTT,0K (0),度后，。當時短程障礙的能壘完全由熱起伏（激活）提供。當時 隨著溫度的降低增加在時最大此時沒有熱漲落了。n 面心面心 與體心立方金屬的流變應力與體心立方金屬的流變應力 體心立方金屬單晶體體心立方金屬單晶體(Nb)：滑移的臨界切應力隨溫度變化強烈 溫度升高到某一溫度（423K）時易滑移階段消失 第二階段硬化率不隨溫度變化 面

13、心立方金屬單晶體面心立方金屬單晶體(Cu)：滑移的臨界切應力幾乎不隨溫度而變化 第二階段硬化率隨溫度而變化 由于上述差別由于上述差別,它們的拉伸塑性隨溫度的變化不同它們的拉伸塑性隨溫度的變化不同: 體心立方金屬體心立方金屬:溫度降低,塑性減少 ;面心立方金屬面心立方金屬:溫度降低,塑性反而增加 第六節(jié)第六節(jié) 孿生變形孿生變形n 形變孿晶在塑性變形中的作用形變孿晶在塑性變形中的作用 面心立方金屬面心立方金屬 一般很難產(chǎn)生孿生變形，如純銅在4K下才發(fā)生孿生變 形。但低層錯能的面心立方金屬，如不銹鋼、高錳鋼等在室溫下變形，可出 現(xiàn)大量的孿晶。 體心立方和密排六方金屬體心立方和密排六方金屬 密排六方金

14、屬獨立滑移系只有2個，為了協(xié)調(diào)變形，一般滑移和孿晶同時進行。 體心立方金屬，在沖擊載荷及低溫時易發(fā)生孿晶變形。 孿晶變形的特點孿晶變形的特點 臨界切應力隨溫度升高而增加；臨界切應力隨溫度升高而增加；在給定溫度下，增加應變速率使流變應力在給定溫度下，增加應變速率使流變應力減少；減少；加工硬化率隨溫度升高而增加；加工硬化率隨溫度升高而增加；引起很高的加工硬化率，由此帶來高引起很高的加工硬化率，由此帶來高的均勻伸長率。的均勻伸長率。n 孿晶的形核與生長孿晶的形核與生長 細晶粒阻礙孿晶的產(chǎn)生：細晶粒阻礙孿晶的產(chǎn)生：孿晶形核需要有高的應力集中，而細晶粒產(chǎn)生的應孿晶形核需要有高的應力集中，而細晶粒產(chǎn)生的應

15、力較?。涣^?。痪Ы缡菍\晶生長的障礙。晶界是孿晶生長的障礙。 孿晶在高應力孿晶在高應力 集中區(qū)形核，形核速度極快集中區(qū)形核，形核速度極快 孿晶在低應力下生長，應力孿晶在低應力下生長，應力-應變曲線上呈鋸齒狀應變曲線上呈鋸齒狀n 孿晶變形機制孿晶變形機制 極軸位錯機制極軸位錯機制-在孿晶面上的可動不全位錯繞在孿晶面上的可動不全位錯繞 一極軸位錯連續(xù)掃過平行的孿晶面。一極軸位錯連續(xù)掃過平行的孿晶面。 體心立方晶體的孿晶變形過程體心立方晶體的孿晶變形過程 孿晶系孿晶系112111。在各。在各112上有柏氏矢量為上有柏氏矢量為1/6111的位錯，在各層的位錯，在各層上面移動，就形成了孿晶，如下圖：可動位錯上面移動，就形成了孿晶，如下圖：可動位錯1/6111，極軸位錯在孿晶面法，極軸位錯在孿晶面法線上的分量為線上的分量為a/6121，等于孿晶面的面間距，等于孿晶面的面間距 。 面心立方晶體的孿晶變形過程面心立方晶體的孿晶變形過程 孿晶系孿晶系111112。孿晶面就是滑移面，其上肖克萊位錯。孿晶面就是滑移面，其上肖克萊位錯a/6112的運動就的運動就可產(chǎn)生孿晶，如下圖：（可產(chǎn)生孿晶，如下圖：（111）上有柏氏矢量為）上有柏氏矢量為a/6112的位錯，在各層上面移動，的位錯，在各層上面移動，就形成了孿晶。就形成了孿晶