第3讲位错强化机制.ppt

1、,第三章 位错强化机制 哈工大（威海）材料学院 吴 欣,第三章 位错强化机制,金属与合金的强化途径 形变、合金化、热处理 强化机制 位错强化、晶界强化、固溶强化、第二相强化,第三章 位错强化机制,位错强化的基本思路 合金变形量增加 位错密度增加 强度提高 这一强化过程与金属的塑性变形密切相关,3.1 金属单晶体塑性变形的一般特点,一.FCC晶体中位错的运动及塑性变形特点 滑移系数目多 Wp与P-N力低 低温塑性好 无冷脆现象 层错能低（除Al，Ni外），加工硬化明显,3.1 金属单晶体塑性变形的一般特点,二.BCC晶体中位错的运动及塑性变形特点 滑移系总数目多 Wp与P-N力高 易冷脆 层错能

2、高，加工硬化率较低,3.1 金属单晶体塑性变形的一般特点,三.HCP晶体中位错的运动及塑性变形特点 c/a1.633 Zn, Cd 滑移系总数目少，塑性差 Wp与P-N力低，强度低 层错能低，加工硬化明显,c/a1.633 Ti, Zr 滑移系总数目多 Wp与P-N力高 层错能高，加工硬化率较低,3.1 金属单晶体塑性变形的一般特点,二、金属单晶体的加工硬化行为 面心立方单晶体的应力应变曲线 I 易滑移阶段 单滑移 =108 /cm2 II 线性硬化阶段 双滑移 =1011-12 /cm2 III 抛物线硬化阶段 交滑移 =1012-13 /cm2,3.1 金属单晶体塑性变形的一般特点,总结：

3、 金属变形时 位错密度低，切应力低 位错密度急剧增大，切应力也急剧增大,3.2 位错增殖机制,位错增殖机制 主要有： Frank-Read源 双交滑移机制 极轴机制 晶界发射机制等,3.2 位错增殖机制,一.两端钉扎的直位错线弯曲的临界切应力,3.2 位错增殖机制,二.Frank-Read位错增殖机制,3.2 位错增殖机制,三、双交滑移 位错增殖机制,3.3 位错强化的数学表达,如何估算流变应力？ 流变应力是指金属晶体产生一定量的塑性变形所需的应力。主要应考虑位错运动的各项阻力： 1.点阵阻力派纳力 2.开动位错源 3.位错的长程弹性作用 4.与林位错的交互作用 5.位错锁 6.晶界阻力 7.

4、与固溶原子的弹性交互作用 8.与第二相粒子的交互作用,3.3 位错强化的数学表达,1.点阵阻力 （Peirls-Nabarro Stress，P-N力）,P-N力是滑移面上下两层原子克服原子间吸引力产生相对位移的阻力， P-N力可以采用简化的模型，通过计算上下原子间的错排能、错排能与原子位移的关系并对位移求导求得。 下式中 a 是滑移面间距 P-N力取决于 ，因此滑移通常都在密排面上的最密排晶向进行. P-N力是晶体滑移的最小的阻力.,3.3 位错强化的数学表达,2.位错的长程弹性交互作用,3.3 位错强化的数学表达,3.与林位错的交互作用,林位错是与运动位错滑移面相交的位错，运动位错与林位错

5、的交互作用可以产生会合位错与位错交割，均增加位错运动的阻力。,3.3 位错强化的数学表达,位错交割,以下是刃型位错与一螺型位错的交割。刃型位错的柏氏矢量为 b1，螺型位错垂直穿过其滑移面其柏氏矢量为b2。 刃型位错上产生的割阶为PP，不能通过滑移而消失。它的运动有保守的和非保守的两种 ， 当割阶作非保守运动时就会产生一列空位或间隙原 子，这对运动位锗产生阻力。产生一列间隙原子比产生空位需要更大的能量，因 此对运动位错的阻力更大，传错运动更为困难。,3.3 位错强化的数学表达,会合位错,可以证明，会合位错产生的阻力与林位错间距成反比：,3.3 位错强化的数学表达,位错对流变应力的作用,综合考虑位错以及位错以外的因素，流变应力可以表示为下式的形式， 可以粗略的考虑为P-N力。,可见晶体的流变应力与位错密度的平方根成正比。,银和铜多晶体流变应力与位错密度的关系,3.4应变速率与位错运动速率的关系,一.Orawan公式,应变速率 m 平均取向因子 可动位错密度 位错运动平均速率,3.4应变速率与位错运动速率的关系,二、Orawa公式的意义 1.直接将宏观变形与微观的位错特性相联系 2.变形速率一定时，可反映位错密度与运动速率间的关系 3.金属屈服机制,3.5 应变强化的应用及特点,一、应用举例 1