位錯強化也是金屬材料中最為有效的強化方式之一。自從位錯理論提出後，人們就對位錯之間的相互作用進行了大量的研究，在位錯強化（加工硬化）方面取得了長足的進展。
基本介紹
- 中文名：位錯強化
- 外文名：dislocations strengthening
- 別稱：位錯強化
- 目的：金屬材料強化
介紹,機制,意義,關係,影響因素,
介紹
金屬中位錯密度高，則位錯運動時易於發生相互交割，形成割階，引起位錯纏結，因此造成位錯運動的障礙，給繼續塑性變形造成困難，從而提高了鋼的強度。
所謂位錯，是晶體中的一條管狀區域，在此區域內原子的排列很不規則，也就是說形成了缺陷。由於這個管道的直徑很小（只有幾個原子間距），可以將它看成是一條線，所以位錯是一種線性缺陷。塑性變形時，位錯的運動是比較複雜的，位錯之間相互反應，位錯受到阻礙不斷塞積，材料中的溶質原子、第二相等都會阻礙位錯運動，從而使材料出現加工硬化現象。
晶體中位錯分布較均勻時，流變應力和位錯密度間存在如下Bailey—Hirsch關係式：
τ=τ0αμbρ1/2
式中 τ0—沒有加工時的切應力；
α—常數，其數值為1/2；
μ—剪下模量；
b—伯式矢量；
ρ—位錯的平均密度；
表示位錯密度引起的切（流）變應力越大，位錯密度越大，金屬抵抗塑性變形的能力就越大。位錯強化本身對金屬材料強度有很高的貢獻。同時，位錯的運動也是造成固溶強化、晶界強化和第二相強化及彌散強化的主要原因。
機制
金屬塑性變形的元過程是位錯的運動，作為抗疲勞製造方法中的冷形變強化來說，其著眼點在於提高金屬的塑性變形抗力。因此，從微觀角度來講，造成某種障礙用以阻礙位錯運動是提高金屬疲勞壽命的本質。疲勞強度的提高需要位錯阻力的增加，這種阻力主要來自以下幾個方面：
1、位錯塞積
滑移過程中，在同一滑移面上許多同號位錯在受到晶界等障礙前堆積而形成的一種位錯組態，如圖2—20所示。這是由於同號位錯問具有斥力的性質，使滑移面上由位錯源放出的許多位錯圈在領先位錯遇到障礙時相繼受阻，以一定的次序排列起來。為了使位錯向前滑動，位錯源不斷增殖，這樣就勢必增大外加切應力τ。在實際金屬中有許多這樣的位錯塞積群，它們之間還會相互作用，這都會增加位錯阻力。
單一刃型位錯塞積群2、位錯割階
在位錯運動過程中，經常會發生位錯線的相互交割或彎折。這將會在晶體中形成對位錯起錨固作用的結點或產生新的位錯線段（下圖中的MM'），這種由位錯交割而產生新位錯線段的現象稱為位錯割階。這增加了位錯線的長度，需要附加的能量，況且新位錯線段處於新的滑移面上，要繼續滑動必須增大相應的切應力。
兩個刃型位錯交割後形成的割階3、位錯林
金屬塑性變形過程中，位錯群不斷增殖，它們雜亂分布，像森林一般，稱為位錯林。位錯滑動過程中遇到位錯林，產生割階，形成位錯鎖，在位錯林斥力作用下，使滑動位錯彎曲。隨著位錯林的不斷稠密，位錯問的距離不斷減小，滑動位錯的曲率半徑減小，相互斥力增加，因而使位錯運動阻力增大。
意義
位錯理論的提出及證實是人們認識金屬內部結構的重要進展，使人們對塑性變形的本質有了更深刻的認識。當今的高解析度電子顯微鏡已經能夠清晰地觀察到位錯和位錯密度，如下圖所示。
微合金鋼變形後鐵素體中I的位錯通過對位錯形貌的分析來研究熱變形及熱處理過程中位錯的運動、聚集而導致晶粒內部產生一些子結構，如小角度晶界、亞晶等，這對鋼材組織性能的控制具有指導意義。
關係
位錯對金屬材料的塑性和韌性具有雙重作用。一方面，位錯的合併以及在障礙處的塞積會使裂紋形核，可以使塑性和韌性降低；另一方面，由於位錯在裂紋尖端塑性區內的移動可解緩尖端的應力集中，又可以使塑性、韌性提高。因此，在討論位錯強化和塑性、韌性的關係時，必須考慮這兩方面的關係。
影響因素
影響位錯強化的主要因素有：
1、位錯交滑移（或高溫下攀移）的能力。其中：
（1）層錯能低的金屬：位錯不易交滑移和攀移，滑移面上出現列陣位錯和位錯塞積群，加工硬化率高；
（2）層錯能高的金屬：螺位錯難於分解，出現交滑移，滑移迅速發展，傾向於構成亞晶（胞狀亞結構），使加工硬化率明顯降低。透射電鏡下看不到位錯塞積群，多為位錯纏結和胞狀亞結構。
2、位錯密度與塑性變形量有正比變化關係，細晶材料具有較高的加工硬化率。
3、冷變形、淬火應力或較低溫度下的相變造成的應變、第二相沉澱粒子與基體間線膨脹係數的差異、伴隨沉澱物的形成而引起比熱容改變、在局部區域出現位錯增多等都會加強位錯強化。
