位错与溶质原子之间的交互作用

1、位错与溶质原子之间的位错与溶质原子之间的 交互作用交互作用 位错与溶质原子的交互作用位错与溶质原子的交互作用 在完整晶体中，溶质原子分布是随机的， 但有其他 缺陷（位错）产生应力场时，溶质原子产生的应变 能就要发生改变。 溶质原子在晶体中会引起点阵畸变，产生的应力场 可与位错产生交互作用。 种类：弹性的弹性的、化学的、电学的、几何的 弹性作用最为重要。 不论是置换型还是间隙型溶质原子均会引起晶格畸变 间隙原子以及尺寸大于溶剂原子的溶质原子使周围基体 晶格受到压缩应力。 尺寸小于溶剂原子的溶质使基体晶格受到拉伸。 溶质原子与周围原子的交互作用溶质原子与周围原子的交互作用 溶质原子与位错的交互作用

2、溶质原子与位错的交互作用 所有溶质原子均可在刃型位错周围找到合适的位置。 正刃型位错 下方原子受到拉应力，原子半径较大的置换型溶质原子和间 隙原子位于位错滑移面下方（即晶格受拉区）可以降低位错的应 变能。 小原子半径的间隙型溶质原子位于滑称面上方（晶格受压区） 可以降低位错应变能，使体系处于较低的能量状态。 位错 点缺陷 应力场 应力场 交互作用 能量降低 稳定位错 强化晶体 溶质原子分布于位错周围使位错的应变能下降， 位错的稳定性增加，晶体强度提高。 交互作用会使溶质原子发生移动，使得在位错附近 形成溶质原子气团，包括柯垂尔气团(cottrell）气团， 斯诺克(snoek)气团，铃木（su

3、zuki）气团。 弹性交互作用 溶质原子会使周围晶体产生弹性畸变，而产生应 力场，它与位错的应力场相互作用从而升高或降低晶 体中的弹性应变能。分为柯垂尔型(cottrell)和斯诺克型 (snoek)两种作用。 柯垂尔气团柯垂尔气团 溶质原子与位错弹性交互作用的结果使溶质原子 积聚在减小晶格畸变的位置，减低了体系能量，使体 系更稳定，这种结构称为柯垂尔柯垂尔(Cotrell)气团气团。 柯垂尔气团柯垂尔气团 当具有柯氏气团的位错在外力作用下，欲离开溶质原子 时，势必升高应变能。这相当溶质原子对位错有钉扎作 用，阻碍了位错的移动，是固溶强化固溶强化的重要原因。 位错的移动速度小于溶质迁移速度，位

4、错将拖着气团一 起运动；位错运动速度大于溶质迁移速度时，将挣脱气 团而独立运动。柯氏气团对位错有钉扎作用，因此固溶 体合金的变形抗力要高于纯金属。 柯垂尔气团柯垂尔气团 位错与溶质原子交互作用溶 质原子向位错线聚集溶质原原 子气团子气团； 位错更加稳定-“钉轧”； 变形时位错需“脱钉”“屈屈 服平台服平台” 试样在上屈服点发生明显塑性变形， 应力突然下降到下屈服点。然后发 生连续变形，形成具有微小波动的 屈服平台屈服平台。 屈服点的出现与金属中存在的微量溶质有关。 溶质原子在位错处形成的柯氏气团对位错有钉扎作用 ，会导致屈服极限s提高(上屈服点)，而位错一旦挣 脱气团的钉扎，便可以在较小的应力

5、下继续运动，较 小应力对应于拉伸曲线的下屈服点。 已经屈服的试样卸载后立即加载拉伸，由于位错已脱 离气团钉扎，故不再出现上屈服点。 卸载后放置较长时间或短时加热，溶质原子又通过扩 散重新在位错处形成柯氏气团，屈服点又重新出现。 铁中的碳-位错的运动障碍 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. 斯诺

6、克气团斯诺克气团 体心立方晶体中的间隙原子如 C、N等与螺型位错切应力场发 生交互作用 间隙原子分布于-Fe的 (1/2,0,0) (0,1/2, 0) ( 0,0,1/2)间隙 位置 在应力作用下，三个间隙位置 的原子应变能不同，从应变能 大的位置跳到应变能小的位置 ，即斯诺克效应。斯诺克效应。 斯诺克气团斯诺克气团 当间隙溶质原子在体心立方晶体中产生非对称 畸变时，它既和刃型位错也和螺型位错发生交互作 用。C、N原子和-Fe中的螺型位错交互作用形成的 气团，即为斯诺克斯诺克(Snoek)气团气团。 和柯垂尔气团柯垂尔气团相比，形成这种气团不需要原子长程 扩散，也不需要引起溶质原子的聚集。 铃木气团铃木气团 在面心立方金属中，溶质原子在层错区层错区的浓度与基 体不同，溶质原子在层错区的偏聚可以降低层错能，与 扩展位错之间发生化学交互作用，阻碍扩展位错运动。 层错区富集的溶质原子称为铃木铃木(Suzuki)气团气团。 与柯垂尔气团柯垂尔气团相比： 1)钉扎作用力比柯垂尔作用力小，约为十分之