Коттрелловская атмосфера - Cottrell atmosphere

Атом углерода ниже дислокации в железе, образуя атмосферу Коттрелла.

В материаловедение, концепция Коттрелловская атмосфера был представлен А. Х. Коттрелл и Б. А. Билби в 1949 г.[1] объяснить, как вывихи прикреплены к некоторым металлам бор, углерод, или азот межстраничные объявления.

Атмосферы Коттрелла встречаются в объемно-центрированных кубических (ОЦК) и гранецентрированных кубических (ГЦК) материалах, таких как железо или никель, с небольшими примесными атомами, такими как бор,[2] углерод[3] или азот.[нужна цитата ] Поскольку эти межузельные атомы слегка искажают решетку, возникает связанное с ними поле остаточных напряжений, окружающее межузельное пространство. Этот стресс поле можно расслабить межстраничный атом распространяясь к вывиху[нужна цитата ], который содержит небольшую щель в его ядре (так как это более открытая структура), см. рис. 1. Как только атом проник в ядро ​​дислокации, атом останется. Обычно требуется только один межузельный атом на плоскость решетки дислокации.[нужна цитата ]

Как только дислокация закреплена, требуется большая сила, чтобы открепить дислокацию перед податливостью, таким образом, при комнатной температуре дислокация не открепится.[4] Это дает наблюдаемый верхний предел текучести в напряжение – деформация график. За пределами верхнего предела текучести закрепленная дислокация будет действовать как Фрэнк – Прочитать источник для создания новых дислокаций, которые не закреплены. Эти дислокации могут свободно перемещаться в кристалле, что приводит к последующему более низкому пределу текучести, и материал будет деформироваться более пластичным образом.

Оставив образец стареть, удерживая его при комнатная температура в течение нескольких часов позволяет атомам углерода повторно диффундировать обратно к ядрам дислокации, что приводит к возврату верхнего предела текучести.

Атмосфера Коттрелла приводит к образованию Группы Людерса и большие усилия для глубокой вытяжки и формовки больших листов, что затрудняет их производство. Некоторые стали предназначены для устранения эффекта атмосферы Коттрелла путем удаления всех промежуточных атомов. Стали, такие как сталь, свободная от межузельных включений находятся обезуглероженный и небольшое количество титан добавляются для удаления азота.


Подобные явления

Хотя атмосфера Коттрелла является общим эффектом, существуют дополнительные связанные механизмы, которые возникают в более специализированных обстоятельствах.

Эффект Сузуки

Эффект Сузуки характеризуется сегрегацией растворенных веществ в дефекты упаковки. Когда дислокации в системе ГЦК расщепляются на две частичные дислокации, между этими двумя частичными элементами образуется гексагональная плотноупакованная (ГПУ) упаковка. Х. Сузуки предсказал, что концентрация растворенных атомов на этой границе будет отличаться от основной. Следовательно, движение через это поле растворенных атомов вызовет такое же сопротивление дислокациям, как и атмосфера Коттрелла.[5] Позднее Судзуки наблюдал такую ​​сегрегацию в 1961 году.[6] 

Эффект Снука

Эффект Снука характеризуется упорядочением растворенных атомов в поле дислокационных напряжений. В ОЦК-металлах одинаково благоприятны междоузлия недеформированной решетки. Однако как только к решетке прикладывается деформация, например, образованная дислокацией, одна треть узлов становится более благоприятной, чем другие 2/3. Таким образом, атомы растворенных веществ будут перемещаться, чтобы занять подходящие места, образуя кратковременный порядок растворенных веществ непосредственно в непосредственной близости от дислокации.[7] Следовательно, требуется больше энергии, чтобы сломать дислокацию из этого порядка.

использованная литература

  1. ^ Cottrell, A.H .; Билби, Б. А. (1949), "Дислокационная теория текучести и деформационного старения железа", Труды физического общества, 62 (1): 49–62, Bibcode:1949PPSA ... 62 ... 49C, Дои:10.1088/0370-1298/62/1/308
  2. ^ Blavette, D .; Cadel, E .; Fraczkiewicz, A .; Менанд, А. (1999). "Трехмерное изображение в атомном масштабе сегрегации примесей в линейные дефекты". Наука. 286 (5448): 2317–2319. Дои:10.1126 / science.286.5448.2317. PMID  10600736.
  3. ^ Васеда, Осаму; Вейга, Роберто Г.А.; Мортомас, Жюльен; Шантренн, Патрис; Бекварт, Шарлотта С .; Рибейро, Фабьен; Jelea, Андрей; Гольденштейн, Гелио; Перес, Мишель (март 2017). «Образование углеродных атмосфер Коттрелла и их влияние на поле напряжений вокруг краевой дислокации». Scripta Materialia. 129: 16–19. Дои:10.1016 / j.scriptamat.2016.09.032. ISSN  1359-6462.
  4. ^ Veiga, R.G.A .; Goldenstein, H .; Perez, M .; Бекварт, К.С. (1 ноября 2015 г.). «Монте-Карло и молекулярно-динамическое моделирование блокировки винтовой дислокации атмосферой Коттрелла в низкоуглеродистых сплавах Fe – C». Scripta Materialia. 108: 19–22. Дои:10.1016 / j.scriptamat.2015.06.012. ISSN  1359-6462.
  5. ^ Судзуки, Хидедзи (1952-01-01). «Химическое взаимодействие растворенных атомов с дислокациями». Научные отчеты научно-исследовательских институтов Университета Тохоку. Сер. A, Физика, химия и металлургия (по-японски). 4: 455–463.
  6. ^ Судзуки, Хидеджи (1962-02-15). «Разделение растворенных атомов на дефекты упаковки». Журнал Физического общества Японии. 17 (2): 322–325. Bibcode:1962JPSJ ... 17..322S. Дои:10.1143 / JPSJ.17.322. ISSN  0031-9015.
  7. ^ Хосфорд, Уильям Ф. (2005). Механическое поведение материалов. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN  0-521-84670-6. OCLC  56482243.