Cottrellova atmosféra - Cottrell atmosphere

Atom uhlíku pod dislokací v železe, tvořící Cottrellovu atmosféru

v věda o materiálech, pojem Cottrellova atmosféra byl představen A. H. Cottrell a B. A. Bilby v roce 1949[1] vysvětlit jak dislokace jsou v některých kovech připnuty bór, uhlík nebo dusík vsunuté reklamy.

Cottrellovy atmosféry se vyskytují v kubických (BCC) a kubických (FCC) materiálech se středem těla, jako je železo nebo nikl, s malými atomy nečistot, jako je bór,[2] uhlík,[3] nebo dusík.[Citace je zapotřebí ] Protože tyto intersticiální atomy mírně zkreslují mřížku, bude kolem intersticiální reklamy přidruženo pole zbytkového napětí. Tento stres pole lze uvolnit pomocí vsunutá reklama atom rozptylující se k dislokaci[Citace je zapotřebí ], který obsahuje malou mezeru ve svém jádru (protože je to otevřenější struktura), viz obrázek 1. Jakmile atom difunduje do dislokačního jádra, atom zůstane. Typicky je zapotřebí pouze jeden intersticiální atom na mřížkovou rovinu dislokace.[Citace je zapotřebí ]

Jakmile se dislokace přišpendlí, je zapotřebí velká síla k uvolnění dislokace před uvolněním, takže při pokojové teplotě se dislokace nezpevní.[4] To vytváří pozorovanou horní mez kluzu v a nervové vypětí graf. Za horním mezem kluzu bude působit připnutá dislokace Frank – Číst zdroj generovat nové dislokace, které nejsou připnuté. Tyto dislokace se mohou v krystalu volně pohybovat, což má za následek následný nižší mez kluzu a materiál se bude deformovat plastickějším způsobem.

Ponecháním vzorku stárnout pokojová teplota na několik hodin umožňuje atomům uhlíku redifúzi zpět na dislokační jádra, což má za následek návrat horního meze kluzu.

Cottrellovy atmosféry vedou k tvorbě Lüdersovy kapely a velké síly pro hluboké tažení a tvarování velkých listů, což jim znemožňuje výrobu. Některé oceli jsou navrženy tak, aby odstranily účinek Cottrellovy atmosféry odstraněním všech intersticiálních atomů. Oceli jako intersticiální volná ocel jsou zbavený uhlíku a malé množství titan se přidají k odstranění dusíku.


Podobné jevy

Zatímco Cottrellova atmosféra má obecný účinek, existují další související mechanismy, které se vyskytují za více specializovaných okolností.

Suzukiho efekt

Suzukiho efekt je charakterizován oddělením rozpuštěných látek od hromadění poruchových vad. Když se dislokace v systému FCC rozdělí na dvě částečné dislokace, mezi dvěma částečkami se vytvoří porucha skládání hexagonálních uzavřených obalů (HCP). H. Suzuki předpověděl, že koncentrace atomů rozpuštěných látek na této hranici se bude lišit od objemu. Pohyb v tomto poli atomů rozpuštěné látky by proto způsobil podobný odpor dislokací jako Cottrellova atmosféra.[5] Suzuki později pozoroval takovou segregaci v roce 1961.[6] 

Snoek efekt

Snoekův efekt je charakterizován uspořádáním atomů rozpuštěných látek v dislokačním stresovém poli. V kovech BCC jsou intersticiální místa nenapnuté mřížky stejně příznivá. Jakmile je však na mřížku aplikováno napětí, jako je deformace vytvořená dislokací, 1/3 míst se stává příznivější než ostatní 2/3. Atomy rozpuštěných látek se proto budou pohybovat, aby obsadily příznivá místa, a vytvoří krátké pořadí rozpuštěných látek bezprostředně v blízkosti dislokace.[7] K vylomení dislokace z tohoto řádu je proto zapotřebí více energie.

Reference

  1. ^ Cottrell, A. H .; Bilby, B. A. (1949), „Dislokační teorie výnosu a stárnutí železa“, Sborník Fyzikální společnosti, 62 (1): 49–62, Bibcode:1949 PPSA ... 62 ... 49C, doi:10.1088/0370-1298/62/1/308
  2. ^ Blavette, D .; Cadel, E .; Fraczkiewicz, A .; Menand, A. (1999). „Trojrozměrné zobrazení atomové stupnice segregace nečistot na vady řádků“. Věda. 286 (5448): 2317–2319. doi:10.1126 / science.286.5448.2317. PMID  10600736.
  3. ^ Waseda, Osamu; Veiga, Roberto GA; Morthomas, Julien; Chantrenne, Patrice; Becquart, Charlotte S .; Ribeiro, Fabienne; Jelea, Andrei; Goldenstein, Helio; Perez, Michel (březen 2017). "Tvorba uhlíkových Cottrellových atmosfér a jejich vliv na stresové pole kolem dislokace okraje". 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 .; Becquart, CS (1. listopadu 2015). „Monte Carlo a simulace molekulární dynamiky blokování dislokace šroubů atmosférou Cottrell ve slitinách Fe – C s nízkým obsahem uhlíku“. Scripta Materialia. 108: 19–22. doi:10.1016 / j.scriptamat.2015.06.06.012. ISSN  1359-6462.
  5. ^ Suzuki, Hideji (01.01.1952). „Chemická interakce rozpuštěných atomů s dislokacemi“. Vědecké zprávy výzkumných ústavů, Tohoku University. Ser. A, fyzika, chemie a metalurgie (v japonštině). 4: 455–463.
  6. ^ Suzuki, Hideji (1962-02-15). "Segregace rozpuštěných atomů k hromadění poruch". Journal of the Physical Society of Japan. 17 (2): 322–325. Bibcode:1962JPSJ ... 17..322S. doi:10.1143 / JPSJ.17.322. ISSN  0031-9015.
  7. ^ Hosford, William F. (2005). Mechanické chování materiálů. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN  0-521-84670-6. OCLC  56482243.