第6章-固溶強(qiáng)化課件

1、柯氏氣團(tuán)柯氏氣團(tuán)刃型位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的交互作用。刃型位錯(cuò)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(cuò)有正應(yīng)力分量。位錯(cuò)有正應(yīng)力分量。 間隙溶質(zhì)原子與刃型位錯(cuò)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(cuò)的彈性交互作用比置換溶質(zhì)原子的大?？率蠚鈭F(tuán)的結(jié)構(gòu)柯氏氣團(tuán)的結(jié)構(gòu)稀釋氣團(tuán)和飽和氣團(tuán)稀釋氣團(tuán)和飽和氣團(tuán) 稀釋氣團(tuán)稀釋氣團(tuán)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(tuán)玻爾茲曼分布。稀釋氣團(tuán) 可見，稀釋氣團(tuán)只能在較高溫度下存在，隨溫度的降低，在位錯(cuò)附近的溶質(zhì)濃度會(huì)越來越多，當(dāng)C=1時(shí)，由稀釋氣團(tuán)轉(zhuǎn)化為飽和氣團(tuán)，

2、對(duì)應(yīng)的溫度為TC。問題：?jiǎn)栴}：為什么會(huì)形成飽和氣團(tuán)？為什么會(huì)形成飽和氣團(tuán)？ 形成飽和氣團(tuán)的溶質(zhì)原子的含量？形成飽和氣團(tuán)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(tuán)柯氏氣團(tuán)史氏史氏(Snock)氣團(tuán)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(cuò)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(cuò)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(duì)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(duì)稱的畸變。 在螺位錯(cuò)的切應(yīng)力作用下，間隙溶質(zhì)原子沿位錯(cuò)線分布以降低應(yīng)變能。在螺位錯(cuò)的切應(yīng)力作用下，

3、間隙溶質(zhì)原子沿位錯(cuò)線分布以降低應(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)原子的長(zhǎng)程擴(kuò)散，也與柯氏氣團(tuán)比較，史氏氣團(tuán)形成很容易，不需要溶質(zhì)原子的長(zhǎng)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(jiǎn)單跳動(dòng)，擴(kuò)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(jiǎn)單跳動(dòng)，擴(kuò)散距離只是點(diǎn)陣常數(shù)的一半。是點(diǎn)陣常數(shù)的一半。 史氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)阻力和柯氏氣團(tuán)得差不多。史氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)阻力和柯氏氣團(tuán)得差不多。動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效n氣團(tuán)對(duì)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的拖曳氣團(tuán)對(duì)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的拖曳 影響拖曳力的因素：影響拖曳力的因素： 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速度：由圖位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速度：由圖a可知，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速度很高或很低

4、時(shí)可知，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速度很高或很低時(shí),拖曳力都是很小的。位拖曳力都是很小的。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速度很高，溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速率跟不上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速度很高，溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速率跟不上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng), 來不及形成氣團(tuán)；位錯(cuò)運(yùn)來不及形成氣團(tuán)；位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速度很低時(shí)，位錯(cuò)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(dāng)位錯(cuò)以動(dòng)的速度很低時(shí)，位錯(cuò)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(dāng)位錯(cuò)以某一速度某一速度V運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣團(tuán)中心落后于位錯(cuò)一定距離時(shí)，才產(chǎn)生拖曳力。運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣團(tuán)中心落后于位錯(cuò)一定距離時(shí)，才產(chǎn)生拖曳力。 當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速度當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速度VC與氣團(tuán)遷移的速度相等時(shí)，拖曳力最大。與氣團(tuán)遷移的速度相等時(shí)，拖曳

5、力最大。 溫度：溫度升高，溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速率增加，溫度：溫度升高，溶質(zhì)原子的擴(kuò)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(yīng)變速率：拖曳力與應(yīng)變速率的關(guān)系類似于和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系應(yīng)變速率：拖曳力與應(yīng)變速率的關(guān)系類似于和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系(圖圖c)。 應(yīng)變速率恒定時(shí)，由于提高應(yīng)變速率和降低溫度對(duì)拖曳力影響效果一應(yīng)變速率恒定時(shí)，由于提高應(yīng)變速率和降低溫度對(duì)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(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效變形中產(chǎn)生時(shí)效的現(xiàn)象。當(dāng)溫度足夠高時(shí)，溶質(zhì)原子和位變形中產(chǎn)生時(shí)效的現(xiàn)象。當(dāng)溫度足夠高時(shí)，溶質(zhì)原子和位錯(cuò)的交互

6、作用可以在變形過程中發(fā)生。錯(cuò)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(yīng)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(yīng)變速率的增加而上移。 動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效的特點(diǎn)動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效的特點(diǎn) 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(diǎn)：滑移系多，可進(jìn)行單滑移、雙滑移或多滑移，取決于外力軸的取向特點(diǎn)：滑移系多，可進(jìn)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(diǎn)：不服從特點(diǎn)：不服從Schmid定律和滑移的非對(duì)稱性。定律和

8、滑移的非對(duì)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(yàn)，不同溫度在不同晶向上做拉力試驗(yàn)， 當(dāng)當(dāng)Schmid因子最大時(shí)，臨界分切應(yīng)因子最大時(shí)，臨界分切應(yīng) 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(yīng)力不相等同樣晶向上拉伸與壓縮的臨界切應(yīng)力不相等 表明位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)在正反方向上的阻力不同表明位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)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(gè)因素：晶界和晶體（粒）位向影響多晶體變形的兩個(gè)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(yīng)

9、有晶粒間變形要協(xié)調(diào)，至少應(yīng)有5個(gè)獨(dú)立的滑移系。個(gè)獨(dú)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(gè)獨(dú)立的滑移系的變形協(xié)調(diào)條件。個(gè)獨(dú)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(shí)現(xiàn)變形協(xié)調(diào)密排六方金屬滑移系少，為了實(shí)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(cuò)在晶界上的塞積位錯(cuò)在晶界上的塞積 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到晶界的阻止，在晶界前塞積，形成塞積群。位錯(cuò)在塞積群中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到晶界的阻止，在晶界前塞積，形成塞積群。位錯(cuò)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(zhǎng)度塞積群的長(zhǎng)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(shè)：塞積群中有設(shè)：塞積群中有n個(gè)位錯(cuò)，在外力個(gè)位錯(cuò)，在外力作用下，晶界對(duì)領(lǐng)先位錯(cuò)的作用力作用下，晶界對(duì)領(lǐng)先位錯(cuò)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(yīng)力集中是外力作用下在晶界附近引起的應(yīng)力集中是外力的的n倍。倍。 塞積位錯(cuò)產(chǎn)生的應(yīng)力集中的作用：塞積位錯(cuò)產(chǎn)生的應(yīng)力集中的作用： 激發(fā)相鄰晶粒位錯(cuò)源的開動(dòng)，使變形由一個(gè)晶粒傳播到另一個(gè)晶粒激發(fā)相鄰晶粒位錯(cuò)源的開動(dòng)，使變形由一個(gè)晶粒傳播到另一個(gè)晶粒 當(dāng)當(dāng)B在相鄰晶?；品较蛏系姆智袘?yīng)力在相鄰晶粒滑移方向上的分切應(yīng)力 達(dá)到

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

12、0=流變應(yīng)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(dāng)溫度超過超過臨界溫度后，取決于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到的短程障礙。如螺位錯(cuò)與林位錯(cuò)交截后產(chǎn)生的割階的攀移。取決于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到的長(zhǎng)程障礙。平行位錯(cuò)間的相互作用。當(dāng)溫度超過超過臨界溫*C GC*CT =0=TTTT,0K (0),度后，。當(dāng)時(shí)短程障礙的能壘完全由熱起伏（激活）提供。當(dāng)時(shí) 隨著溫度的降低增加在時(shí)最大此時(shí)沒有熱漲落了。n 面心面心 與體心立方金屬的流變應(yīng)力與體心立方金屬的流變應(yīng)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(yīng)力隨溫度變化強(qiáng)烈 溫度升高到某一溫度（423K）時(shí)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(yīng)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(cuò)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(dú)立滑移系只有2個(gè)，為了協(xié)調(diào)變形，一般滑移和孿晶同時(shí)進(jìn)行。 體心立方金屬，在沖擊載荷及低溫時(shí)易發(fā)生孿晶變形。 孿晶變形的特點(diǎn)孿晶變形的特點(diǎn) 臨界切應(yīng)力隨溫度升高而增加；臨界切應(yīng)力隨溫度升高而增加；在給定溫度下，增加應(yīng)變速率使流變應(yīng)力在給定溫度下，增加應(yīng)變速率使流變應(yīng)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(zhǎng)率。的均勻伸長(zhǎng)率。n 孿晶的形核與生長(zhǎng)孿晶的形核與生長(zhǎng) 細(xì)晶粒阻礙孿晶的產(chǎn)生：細(xì)晶粒阻礙孿晶的產(chǎn)生：孿晶形核需要有高的應(yīng)力集中，而細(xì)晶粒產(chǎn)生的應(yīng)孿晶形核需要有高的應(yīng)力集中，而細(xì)晶粒產(chǎn)生的應(yīng)

15、力較??；力較??；晶界是孿晶生長(zhǎng)的障礙。晶界是孿晶生長(zhǎng)的障礙。 孿晶在高應(yīng)力孿晶在高應(yīng)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(yīng)力下生長(zhǎng)，應(yīng)力孿晶在低應(yīng)力下生長(zhǎng)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線上呈鋸齒狀應(yīng)變曲線上呈鋸齒狀n 孿晶變形機(jī)制孿晶變形機(jī)制 極軸位錯(cuò)機(jī)制極軸位錯(cuò)機(jī)制-在孿晶面上的可動(dòng)不全位錯(cuò)繞在孿晶面上的可動(dòng)不全位錯(cuò)繞 一極軸位錯(cuò)連續(xù)掃過平行的孿晶面。一極軸位錯(cuò)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(cuò)，在各層的位錯(cuò)，在各層上面移動(dòng)，就形成了孿晶，如下圖：可動(dòng)位錯(cuò)上面移動(dòng)，就形成了孿晶，如下圖：可動(dòng)位錯(cuò)1/6111，極軸位錯(cuò)在孿晶面法，極軸位錯(cuò)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(cuò)。孿晶面就是滑移面，其上肖克萊位錯(cuò)a/6112的運(yùn)動(dòng)就的運(yùn)動(dòng)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(cuò)，在各層上面移動(dòng)，的位錯(cuò)，在各層上面移動(dòng)，就形成了孿晶。就形成了孿晶