釘扎點是晶體中的位錯，是一種線缺陷。位錯與位錯的相互作用會在位錯線上形成許多所謂釘扎點。在那些釘扎點上，位錯線不易運動。但在相鄰兩釘扎點之間的位錯線段，在聲應力的作用下，能產生類似於兩端固定的弦那樣的受迫振動。
基本介紹
- 中文名：釘扎點
- 外文名：pinning point
- 本質：位錯移動的受到阻礙
- 舉例：單個固溶原子和第二相粒子
- 缺陷類型：線缺陷
- 脫釘：外加應力增加到一定程度
簡介,固溶強化,第二相粒子,釘扎點的強化效果,脫釘,位錯機制,
簡介
釘扎點，是指位錯移動的障礙物自身的幾何尺度遠遠小於相鄰障礙物之間的距離，因此可以將障礙物視為釘扎點的情況。在金屬材料的強化方式中，阻礙位錯滑移的單個固溶原子和通常的第二相粒子，以及對於水平方向上移動的位錯來說豎直方向上的林位錯等，都屬於釘扎點。
固溶強化
晶體材料中，狹義的零位晶體缺陷是空位。這裡，我們將晶體中各個方向上的大小都是原子尺度的不均勻性質點統稱為零維缺陷。除了空位外，它還包括代位式、間隙式存在的固溶態合金原子或者雜質原子。這些缺陷點破壞了完整晶體原有的周期性均勻結構，它們與晶體中的位錯之間存在互動作用，並且隨著它們之間的距離改變，這樣，當位錯在這些點缺陷附近經過時就會遇到阻力，從而提高材料屈服強度。人們將晶體中的固溶原子通過各種互動作用增加位錯移動阻力而使屈服強度提高的現象，稱作固溶強化。
金屬材料中加入合金元素，如果有部分合金元素的原子固溶於基體金屬中，都會產生一定的固溶強化作用。通常情況下，不考慮空位對晶體屈服強度的影響。但是，在受到核輻射強烈作用因此產生大量空位及空位聚集形成的孔洞時，它們對於屈服強度的影響也是必須考慮的。
第二相粒子
晶體中，任何一個方向上的大小都比原子直徑高出至少一個數量級的缺陷稱作三維缺陷。其典型代表是第二相質點。在其所處範圍內，原有的基體材料的原子排列情況完全改變。第二相質點處於位錯的滑移面上，就會阻擋位錯的移動。位錯線或者繞過或者切割粒子，才能繼續移動。如果第二相粒子與基體金屬在相界面上還有共格或者半共格關係，兩者之間的晶格常數差異還會產生應力-應變場，從而以另一種方式影響晶體材料中位錯的移動。人們將第二相粒子對位錯移動的阻力所產生的強化稱作第二相強化。
如果產生強化作用的第二相粒子，在高溫下溶解於基體金屬中、較低溫度下通過固態相變析出，它所產生的強化叫做沉澱強化（precipitation strengthening），是金屬材料中常見的第二相強化。在另外一些情況下，第二相質點是人為加入到基體材料中的，或者是通過內氧化方式由金屬轉變成的氧化物質點。它們在高溫下不溶解，一旦生成不再改變，加熱時效過程中也基本上不發生熟化長大。這樣的第二相質點產生的強化稱作彌散強化。
釘扎點的強化效果
如下圖所示，一條在滑移面上移動的位錯，遇到間距為l兩個釘扎點P、Q而被釘扎住。
滑移面上釘扎點對位錯 運動的影響示意圖因為外加應力τ的驅動作用，釘扎點P、Q之問的位錯段發生彎曲。外應力τ升高，位錯段彎曲加劇，其曲率半徑r減小，釘扎點兩側的位錯線之間的夾角減小，驅動位錯越過釘扎點的合力增大，相應的釘扎點保持平衡所必須提供的阻力增大，直到達到其最大值Fmax，位錯擺脫釘扎；或者當釘扎點兩側的位錯線的夾角
減小為0°時，位錯在釘扎點上留下一個位錯圈，重新恢復直線狀而繼續前進。此時，所需的外應力，就是該釘扎點的強化效果。
脫釘
位錯線受迫振動所引起的聲吸收同聲波振幅無關，但與聲波頻率以及位錯線段的長度有關。當晶體上的外加應力（靜應力或聲應力）增加到一定程度時，缺陷所引起的釘扎點可被位錯線拋脫（稱為脫釘），從而使位錯線段迅速變長。當外加應力去掉後，位錯線段又作彈性收縮，最後重新被釘扎。這時在聲波一周期內對應的應力和應變曲線是一個滯後回線。由這種形式的位錯運動而產生的聲吸收與聲波振幅有關，卻不依賴於聲波頻率。
位錯機制
塑性阻尼的兩個階段與循環拉伸微塑變的兩個階段相對應：第一階對應塑性應變小於2x10-4的區域，Schmid因子較大晶粒內部位錯從釘扎點上脫釘並在基面滑移，可動性較大，激活體積較大，加工硬化指數較小;當塑性應變高於2x10-4時，由於位錯在同一滑移面上材料硬化，所以具有較大的加工運動而發生纏結和堆積，可動位錯密度降低，硬化指數和較小的位錯滑移激活體積，這時微塑變進入第二階段。
在應變小於第一臨界應變振幅時，純鎂中位錯在弱釘扎點間擺動，載入卸載曲線基本重合為一條直線，此時阻尼性能Q-10與應變振幅無關；隨應變的增大，位錯從弱釘扎點上脫釘，產生應力-應變滯後環，滯彈性應變迅速增加，而正切彈性模量快速降低，此時阻尼性能Q-1h 隨應變振幅逐漸增大。這兩個滯彈性階段可以用G-L位錯模型來解釋；當高於第二臨界應變振幅後，G-L曲線偏離直線，基面位錯從強釘扎點上脫釘，發生微小塑性變形，阻尼性能Q-1p快速提高;當高於第三臨界應變振幅後，由於位錯的纏結和堆積，摩擦應力逐漸增大，而損失模量的增加速度變緩。後兩個微小塑性變形階段需要用微塑變位錯模型來解釋。隨著晶粒尺寸或基面滑移Schmid因子的增大，純鎂的阻尼性能、滯彈性應變和損失彈性模量增大，而正切彈性模量、摩擦應力和背應力降低。
