位错 「干货」超全面分析位错如何影响晶体性能

栏目:军事 2021-10-10 09:50:15
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概述:位错理论主要应用于固溶强化效应、第二相粒子强化效应、晶界强化效应、加工硬化效应等。

溶液浓度

固溶强化是指由于晶格中异质原子的溶解而强化材料的现象。溶质原子作为位错运动的障碍,增加了塑性变形的阻力。原因如下:溶质原子引起晶格畸变,增加位错密度。溶质原子和位错之间的相互作用使位错处于相对稳定的状态。溶质原子溶解后,溶剂晶格发生扭曲,产生的应力场与位错周围的弹性应力场相互作用,使溶质原子向位错线附近移动,降低了位错的能量,使其处于相对稳定的状态,从而束缚位错。为了摆脱束缚和移动,必须施加更大的外力,这表明材料的变形阻力增加。

应用实例:什么是应变时效?应变时效原因:金属第一次拉伸到塑性变形后,位错已经错位。此时,如果卸载后立即进行第二次拉伸,由于间隙原子没有时间扩散到位错上,位错仍处于脱钉状态,因此在较低应力下开始滑移,屈服强度为σyl。但如果卸载后长时间放置再拉伸,间隙原子已经扩散并重新钉扎在位错线上,因此在后续拉伸过程中存在明显的屈服现象。收益率极限再次上升到σyu。

第二相粒子的增强效应

如果第二相粒子是可变形粒子,位错会切穿粒子,使其变形并随基体析出:过饱和固溶体在时效过程中析出细小的第二相粒子;强化机制:位错贯穿粒子,粒子产生新的表面积,使总界面能上升,粒子中原子的位错产生新的切割台阶,给位错的运动带来困难

切割机构:

如果第二相粒子是不可变形的粒子,位错将在粒子继续运动之前绕过粒子。弥散强化:强化机制:位错绕过粒子所需的临界剪应力;

粒子间距;粒子周围的位错环将阻碍原位位错源的开始

旁路机制:

变形强化

变形由于塑性变形导致材料的强化,增加了位错,由于位错运动的相互阻碍,使其难以滑移,从而提高了强度。塑性变形是位错的运动和扩散-晶粒中位错密度的增加-位错缠结-胞状亚结构

位错增量示意图

细晶强化

晶界的作用有两个方面:一方面是位错运动的障碍;另一方面是位错聚集的地方,因此晶粒越细,晶界面积越大,阻碍位错运动的障碍物越多,位错密度和聚集越高,导致强度提高。同时,晶界还能阻碍裂纹扩展,提高材料的塑性和韧性。位错运动形成裂纹

工程材料的强韧化

1.晶粒细化2。化学成分调整。形变热处理形变热处理是形变强化和热处理强化的结合,使金属材料同时发生形变和相变,从而使晶粒细化、位错密度增加、晶界畸变,达到提高综合力学性能的目的。4.多相热处理多相热处理是将钢处理成具有不同比例、形状和分布的两相混合物的一种新型热处理工艺。5.钢在常温淬火和回火前的亚临界淬火,一次加热温度在AC1和AC3之间,可以进一步提高钢的韧性,降低韧脆转变温度,降低高温回火脆性。亚共析钢采用亚温淬火提高强韧性的原因是获得了适量的高塑性残余铁素体,使钢中的脆化杂质元素富集在残余铁素体中,可以避免晶界偏析,奥氏体晶粒比普通淬火钢细小。6.高温淬火对于中低碳钢来说,在高于正常淬火温度的温度下淬火,可以获得低碳钢的马氏体组织,从而获得优异的强度和韧性。

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