Атмосфера Коттрелла

Атом углерода ниже дислокации в железе, образуя атмосферу Коттрелла

В материаловедении концепция атмосферы Коттрелла была введена А. Х. Коттрелл и Б.А. Билби в 1949 г., чтобы объяснить, как дислокации закрепляются в некоторых металлах бором, углеродом или азотом <2.>Межузельные слои.

Атмосферы Коттрелла встречаются в объемноцентрированных кубических (ОЦК) и гранецентрированных кубических (ГЦК) материалах, таких как железо или никель, с небольшими примесными атомами, такими как бор, углерод или азот. Поскольку эти межузельные атомы слегка искажают решетку, возникает связанное с ними поле остаточных напряжений, окружающее межузельное пространство. Это поле напряжений может быть ослаблено посредством промежуточного атома, диффундирующего к дислокации, которая содержит небольшую щель в ее ядре (поскольку это более открытая структура). см. рис. 1. После того, как атом проник в ядро ​​дислокации, атом останется. Обычно требуется только один внедренный атом на плоскость решетки дислокации.

После закрепления дислокации требуется большая сила, чтобы открепить дислокацию до ее податливости, поэтому при комнатной температуре дислокация не будет закреплена. откреплен. Это дает наблюдаемый верхний предел текучести на графике напряжение – деформация. За пределами верхнего предела текучести закрепленная дислокация будет действовать как источник Франка – Рида, создавая новые дислокации, которые не закреплены. Эти дислокации могут свободно перемещаться в кристалле, что приводит к последующему более низкому пределу текучести, и материал будет деформироваться более пластично.

После выдержки образца при комнатной температуре в течение нескольких часов атомы углерода повторно диффундируют обратно к ядрам дислокации, что приводит к возврату верхнего предела текучести.

Атмосфера Коттрелла приводит к образованию полос Людерса и большим усилиям для глубокой вытяжки и формовки больших листов, что затрудняет их производство. Некоторые стали предназначены для устранения эффекта атмосферы Коттрелла, удаляя все межузельные атомы. Стали, такие как обезуглероженные, и небольшие количества титана добавляются для удаления азота.

.

• 1 Подобные явления
  • 1.1 Эффект Судзуки
  • 1.2 Эффект Снука
• 2 Ссылки

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. Позднее Сузуки наблюдал такую ​​сегрегацию в 1961 году.

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, 1/3 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. Поэтому требуется больше энергии, чтобы сломать дислокацию из этого порядка..

1. ^Cottrell, A.H.; Билби, Б.А. (1949), «Теория дислокации текучести и деформационного старения железа», Proceedings of the Physical Society, 62 (1): 49–62, Bibcode : 1949PPSA... 62... 49C, doi : 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. doi : 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. doi : 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. doi : 10.1016 / j.scriptamat.2015.06.012. ISSN 1359-6462.
5. ^Судзуки, Хидеджи (01.01.1952). «Химическое взаимодействие растворенных атомов с дислокациями». Научные отчеты научно-исследовательских институтов Университета Тохоку. Сер. A, Физика, химия и металлургия (на японском языке). 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. doi : 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.