位錯與溶質(zhì)原子之間的交互作用

1、位錯與溶質(zhì)原子之間的位錯與溶質(zhì)原子之間的交互作用交互作用位錯與溶質(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）產(chǎn)生應(yīng)力場時，溶質(zhì)原子產(chǎn)生的應(yīng)變能就要發(fā)生改變。 溶質(zhì)原子在晶體中會引起點陣畸變，產(chǎn)生的應(yīng)力場可與位錯產(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)原子與位錯的交互作用溶質(zhì)原子與位錯

2、的交互作用 所有溶質(zhì)原子均可在刃型位錯周圍找到合適的位置。正刃型位錯 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滑移面下方（即晶格受拉區(qū)）可以降低位錯的應(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)）可以降低位錯應(yīng)變能，使體系處于較低的能量狀態(tài)。位錯點缺陷應(yīng)力場應(yīng)力場交互作用能量降低穩(wěn)定位錯強(qiáng)化晶體溶質(zhì)原子分布于位錯周圍使位錯的應(yīng)變能下降，位錯的穩(wěn)定性增加，晶體強(qiáng)度提高。 交互作用會使溶質(zhì)原子發(fā)生移動，使得在位錯附近形成溶質(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)的位錯在外力作用下，欲離開溶質(zhì)原子時，勢必升高應(yīng)變能。這相當(dāng)溶質(zhì)原子對位錯有釘扎作用，阻礙了位錯的移動，是固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化的重要原因。位錯的移動速度小于溶質(zhì)遷移速度，位錯將拖著氣團(tuán)一起運動；位錯運動速度大于溶質(zhì)遷移速度時，將掙脫氣團(tuán)而獨立

4、運動?？率蠚鈭F(tuán)對位錯有釘扎作用，因此固溶體合金的變形抗力要高于純金屬。柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)柯垂?fàn)枤鈭F(tuán) 位錯與溶質(zhì)原子交互作用溶質(zhì)原子向位錯線聚集溶質(zhì)原原子氣團(tuán)子氣團(tuán)； 位錯更加穩(wěn)定-“釘軋”； 變形時位錯需“脫釘”“屈屈服平臺服平臺”試樣在上屈服點發(fā)生明顯塑性變形，應(yīng)力突然下降到下屈服點。然后發(fā)生連續(xù)變形，形成具有微小波動的屈服平臺屈服平臺。屈服點的出現(xiàn)與金屬中存在的微量溶質(zhì)有關(guān)。 溶質(zhì)原子在位錯處形成的柯氏氣團(tuán)對位錯有釘扎作用，會導(dǎo)致屈服極限s提高(上屈服點)，而位錯一旦掙脫氣團(tuán)的釘扎，便可以在較小的應(yīng)力下繼續(xù)運動，較小應(yīng)力對應(yīng)于拉伸曲線的下屈服點。 已經(jīng)屈服的試樣卸載后立即加載拉伸，由于位錯已脫離氣

5、團(tuán)釘扎，故不再出現(xiàn)上屈服點。 卸載后放置較長時間或短時加熱，溶質(zhì)原子又通過擴(kuò)散重新在位錯處形成柯氏氣團(tuán)，屈服點又重新出現(xiàn)。鐵中的碳-位錯的運動障礙 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)生非對稱畸變時，它既和刃型位錯也和螺型位錯發(fā)生交互作用。C、N原子和-Fe中的螺型位錯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)原子在層錯區(qū)層錯區(qū)的濃度與基體不同，溶質(zhì)原子在層錯區(qū)的偏聚可以降低層錯能，與擴(kuò)展位錯之間發(fā)生化學(xué)交互作用，阻礙擴(kuò)展位錯運動。層錯區(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?，約為十分