超全面分析位错如何影响晶体性能

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。

固溶强化

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固溶强化是指由于晶格内溶入异类原子而使材料强化的现象。溶质原子作为位错运动的障碍，增加了塑性变性抗力，原因如下：

（1）溶质原子引起晶格畸变，增加位错密度。

（2）溶质原子与位错的交互作用，使位错出于相对稳定的状态，溶质原子溶入后使溶剂晶格畸变，产生的应力场与位错周围的弹性应力场交互作用，使溶质原子移向位错线附近，降低了位错的能量，使之处于相对稳定的状态，这样对位错起到束缚作用，位错要摆脱束缚而运动，必须施加更大的外力，即表现出材料的变形抗力增加。

应用实例：何为应变时效？

应变时效原因：金属在第一次拉伸到塑性变形后，位错已经脱钉。此时若卸载立即进行第二次拉伸，则由于间隙原子来不及扩散到位错上，位错仍处于脱钉状态，故在较低的应力下就开始滑移，因而屈服强度为σyl。但是如果卸载后放置了很长的时间再位伸，则由于间隙原子已扩散到位错线上重新钉扎，因而随后位伸时又出现明显屈服现象。屈服极限又升高到σyu。

第二相粒子强化效应

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（区分固溶强化和弥散强化）

若第二相粒子为可变形颗粒时(通过时效处理，从过饱和固溶体中析出的沉淀相粒子)，位错将切过粒子使之随同基体一起变形

沉淀强化：过饱和固溶体时效沉淀析出细小的第二相质点；

强化机理（沉淀强化型合金）：位错切过粒子，粒子产生新的表面积，使总的界面能升高， 粒子内发生原子错排，产生新的割阶等，给位错的运动带来困难

切过机制：

若第二相粒子为不可变形颗粒(如借助粉末冶金加入的硬、脆相，或可变形颗粒长大到一定程度，与基体失去共格关系)，位错将绕过粒子，才能继续运动

弥散强化：

强化机理（弥散强化型合金）：位错绕过颗粒所需临界切应力：

粒子间距；包围粒子的位错环会对原位错源的开动起阻碍作用

绕过机制：

形变强化

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（加工硬化）

形变之所以引起材料的强化，是由于塑性变形，使位错增多，由于塑性变形，使位错增多，由于位错运动的相互阻碍，使滑移困难，从而使得强度提高。

塑性变形是位错的运动和增殖

— 晶粒内部位错密度增加

— 位错缠结

— 胞状亚结构（形变亚晶）

位错增值示意图

细晶强化

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晶界的作用有两个方面：一方面它是位错运动的障碍；另一方面又是位错聚集的地点，所以晶粒越细小，则晶界面积越增加，阻碍位错运动的障碍越多，位错密度也越增大，越聚集，从而导致强度提高。

同时晶界还可以阻碍裂纹的扩展，使材料的塑性和韧性得到改进。

位错运动形成裂纹

工程材料的强韧化

1.细化晶粒

2.调整化学成分

3.形变热处理

形变热处理是将形变强化与热处理强化结合起来，使金属材料同时经受形变与相变，从而使晶粒细化，位错密度提高，晶界发生畸变，达到提高综合力学性能的目的。

4.复相热处理

复相热处理是将钢处理成不同比例，形态和分布状况的两相混合物的一种新型热处理工艺。

5.钢的亚温淬火

在正常淬火温度与回火之前，进行一次加热温度在Ac1~Ac3之间的亚临界温度淬火，能进一步提高钢的韧性，降低韧脆转变温度以及减小高温回火脆性。

亚温淬火改善亚共析钢强韧性原因是由于获得了塑性较高的适量残余铁素体，使钢中产生脆化的杂质元素（如P,Sn,Sb等）富集于残余铁素体中，可以避免在晶界处偏聚，且奥氏体晶粒比一般淬火钢更加细等。

6.高温淬火

对于低中碳钢采用比正常淬火温度更高一些的温度淬火可以获得低碳钢马氏体组织，从而获得优良的强韧性能。

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