晶体材料强度与断裂微观理论

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丛书名：普通高等教育“十三五”规划教材普通高等院校工程实践系列规划教材

• 作者：甄良, 邵文柱, 杨德庄编著
• 出版时间：2018/1/1
• ISBN：9787030554147
• 出 版 社：科学出版社

适用读者:材料科学与工程一级学科材料学及材料加工研究方向研究生，从事晶体结构材料研究方向的工程技术人员

• 中图法分类：O7 
• 页码：340
• 版次：1
• 开本：B5
• 字数：(单位：千字)

内容简介

本书阐述位错理论的基本概念，探讨各种强化与断裂机制的微观力学本质，为充分发挥晶体材料的性能潜力提供理论基础。全书内容分为三部分，第一部分的两章阐述连续弹性介质和实际晶体中的位错行为，第二部分的四章阐述不同强化机制，第三部分阐述晶体材料裂纹萌生、扩展及韧脆转变的位错机制。

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目 录

目录
前言
绪论 1
0.1 位错概念的提出 1
0.2 位错理论的发展历程 3
0.3 晶体材料强度与断裂的物理本质 5
0.4 本书的内容设置及意义 5
参考文献 6
第1章 位错的基本性质及其在弹性介质中的行为 7
1.1 位错的定义及伯格斯矢量 7
1.1.1 位错的定义 7
1.1.2 伯格斯回路和伯格斯矢量 8
1.1.3 伯格斯矢量守恒定律 9
1.1.4 弗兰克处理伯格斯矢量和伯格斯回路的方法 11
1.2 位错的几何性质与运动特性 12
1.2.1 刃型位错 12
1.2.2 螺型位错 14
1.2.3 混合位错 15
1.2.4 位错环 16
1.3 位错的弹性性质 18
1.3.1 复杂应力状态下应力与应变的关系 19
1.3.2 位错的应力场 22
1.3.3 位错的弹性应变能 28
1.3.4 位错的线张力 31
1.4 作用在位错上的力 34
1.4.1 作用在刃型位错上的力 35
1.4.2 作用在螺型位错上的力 37
1.4.3 作用在混合位错上的力 38
1.5 位错间的作用力 40
1.5.1 平行螺型位错间的作用力 41
1.5.2 平行刃型位错间的作用力 43
1.5.3 两相互垂直螺型位错间的作用力 45
1.5.4 螺型位错与相互垂直的刃型位错间的作用力 46
1.6 位错与界面的交互作用 48
1.6.1 位错与自由表面的交互作用 48
1.6.2 不同弹性介质界面与位错的交互作用 50
参考文献 52
第2章 晶体中的位错行为 53
2.1 派-纳位错模型与派-纳力 53
2.1.1 派-纳位错模型 53
2.1.2 Peierls位错能量与派-纳力 59
2.2 位错的弯折与割阶 63
2.2.1 弯折 64
2.2.2 割阶 68
2.3 全位错的能量条件与滑移系统 73
2.3.1 Frank能量准则 73
2.3.2 晶体的滑移系统 74
2.4 扩散滑移与扩散攀移 75
2.4.1 弯折的扩散滑移 76
2.4.2 位错的扩散攀移 78
2.4.3 割阶位错的扩散攀移 80
2.4.4 位错芯扩散引起的攀移 82
2.5 割阶位错的滑动 85
2.5.1 保守性滑动 85
2.5.2 非保守性滑动 88
2.6 面心立方晶体中的层错和部分位错 90
2.6.1 FCC点阵中层错的类型 92
2.6.2 FCC点阵中的部分位错 95
2.6.3 FCC点阵中的扩展位错 97
2.6.4 Thompson记号 101
2.7 面心立方晶体中几种重要的位错反应 104
2.7.1 Lomer位错 104
2.7.2 压杆位错 105
2.7.3 Lomer-Cottrell位错锁 107
2.7.4 会合位错 108
2.7.5 扩展偶极子 110
2.7.6 扩展位错结点 111
2.8 面心立方晶体中扩展位错的运动 112
2.8.1 扩展位错运动的派-纳障碍 112
2.8.2 扩展位错的滑移 113
2.8.3 扩展位错的交滑移 114
2.8.4 扩展位错的攀移 116
2.8.5 扩展割阶的运动 117
2.9 密排六方晶体中的层错和位错反应 118
2.9.1 密排六方晶体中的层错 118
2.9.2 密排六方晶体中的部分位错 120
2.9.3 密排六方晶体中的位错扩展 126
2.10 体心立方晶体中的层错与位错反应 127
2.10.1 体心立方晶体中的层错 128
2.10.2 体心立方晶体中的部分位错 131
2.10.3 体心立方晶体中的扩展位错 132
2.10.4 体心立方晶体中螺型位错芯的结构 134
2.10.5 体心立方晶体中的全位错合成反应 135
2.11 过饱和空位对位错组态的影响 136
2.11.1 过饱和空位的形成机制 136
2.11.2 过饱和空位与典型位错组态的形成 138
参考文献 144
第3章 位错强化机制 146
3.1 单晶体塑性变形的一般特点 146
3.1.1 单晶体塑性变形的基本方式 146
3.1.2 Schmidt定律与滑移系统的开动 149
3.1.3 金属单晶体的应力-应变曲线 152
3.1.4 金属单晶体加工硬化行为 156
3.2 位错增殖机制 157
3.2.1 Frank-Read源位错增殖机制 158
3.2.2 双交滑移位错增殖机制 159
3.2.3 空位盘位错增殖机制 160
3.2.4 位错增殖的极轴机制 161
3.2.5 晶界增殖位错机制 163
3.3 位错的交互作用 163
3.4 位错塞积 165
3.5 孪生的位错机制 169
3.5.1 孪生位错 169
3.5.2 孪晶形成机制 170
3.5.3 发射位错 172
3.5.4 滑移位错与孪晶界的交互作用 173
3.6 位错强化的数学表达式 175
3.6.1 位错运动阻力的估算 175
3.6.2 流变应力的表达式 178
3.7 应变速率与位错运动速率关系的推导 179
3.8 温度及应变速率对流变应力的影响 180
3.9 位错强化机制的特点及应用 182
3.9.1 位错强化的特点 182
3.9.2 位错强化机制的应用 183
参考文献 184
第4章 晶界强化机制 186
4.1 多晶体塑性变形条件 186
4.2 晶界的位错模型 187
4.2.1 晶界的结构模型 188
4.2.2 晶界与位错的交互作用 193
4.2.3 晶界的运动 195
4.2.4 晶界发射位错的机制 198
4.3 双晶体变形模型 199
4.3.1 双晶体变形条件 199
4.3.2 双晶体弹性变形的不匹配性 200
4.3.3 双晶体塑性变形的不匹配性 203
4.4 晶界强化作用 204
4.4.1 直接强化作用 204
4.4.2 间接强化作用 204
4.5 晶界强化数学表达式 205
4.6 亚晶界及相界强化效应 209
4.6.1 亚晶界强化 209
4.6.2 相界强化 210
4.7 晶界强化的特点及其效应的利用 211
4.7.1 晶界强化的特点 211
4.7.2 晶界强化的影响因素 212
4.7.3 晶界强化在复相合金中的利用 213
参考文献 214
第5章 固溶强化机制 216
5.1 错配球模型 216
5.1.1 无限大基体中的应力-应变场 216
5.1.2 球内的应力-应变场 219
5.1.3 在有限大基体中的错配球 220
5.1.4 δυ、Δυ与δV的关系 224
5.1.5 错配球模型的适用性 225
5.2 置换式溶质原子与位错的弹性交互作用 226
5.2.1 置换式溶质原子的错配球效应 226
5.2.2 溶质原子间的弹性交互作用 228
5.2.3 溶质原子与刃型位错间的弹性交互作用 229
5.2.4 溶质原子与螺型位错间的弹性交互作用 232
5.3 间隙式溶质原子与位错的弹性交互作用 232
5.3.1 FCC结构中间隙原子的错配球效应 232
5.3.2 BCC结构中间隙原子的错配球效应 233
5.3.3 α-Fe中碳原子之间的弹性交互作用 234
5.3.4 α-Fe中碳原子与螺型位错的弹性交互作用 235
5.3.5 α-Fe中碳原子与刃型位错的弹性交互作用 236
5.4 溶质原子与位错的化学相互作用 236
5.5 位错与有序分布的溶质原子间的交互作用 240
5.5.1 短程有序引起的强化 241
5.5.2 长程有序引起的强化 242
5.6 均匀固溶强化 247
5.6.1 稀固溶体的均匀固溶强化 248
5.6.2 浓固溶体的均匀固溶强化 249
5.7 固溶强化效应的利用 251
参考文献 252
第6章 第二相强化机制 253
6.1 质点障碍模型 253
6.1.1 Orowan模型 254
6.1.2 Friedel模型 255
6.2 沉淀强化机制 258
6.2.1 共格应变强化 258
6.2.2 化学强化 261
6.2.3 有序强化 261
6.2.4 模量强化 263
6.2.5 层错强化 264
6.2.6 派-纳力强化 265
6.3 弥散强化机制 267
6.3.1 有效粒子间距的确定 268
6.3.2 Orowan公式的修正 269
6.3.3 硬粒子与基体变形不协调对强化的影响 270
6.4 第二相强化合金的加工硬化行为 272
6.4.1 沉淀强化合金的加工硬化行为 273
6.4.2 弥散强化合金的加工硬化行为 273
6.5 纤维强化机制 278
6.5.1 纤维增强复合材料的变形行为 278
6.5.2 长纤维增强复合材料的抗拉强度 279
6.5.3 短纤维增强复合材料的抗拉强度 280
6.6 第二相强化效应的特点及利用 282
6.6.1 第二相特性与第二相强化机制的关系 282
6.6.2 可变形粒子强化效应的应用 283
6.6.3 不可变形粒子强化效应的利用 285
6.6.4 纤维强化效应的利用 286
参考文献 286
第7章 断裂的微观机制 288
7.1 裂纹的位错模型 288
7.1.1 裂纹位错的概念 288
7.1.2 弹性裂纹位错模型 291
7.1.3 弹塑性剪切裂纹的BCS模型 296
7.2 裂纹尖端无位错区 298
7.2.1 裂尖塑性区位错结构 298
7.2.2 BCS模型的初步修正 299
7.2.3 BCS模型的进一步修正 301
7.3 裂纹形核和长大 306
7.3.1 解理裂纹形成的一般形式 306
7.3.2 Cottrell位错反应理论 307
7.3.3 位错塞积理论 312
7.3.4 无位错区中形成微裂纹 315
7.3.5 微孔聚集型裂纹形核 316
7.3.6 裂纹形核其他模型 317
7.4 韧脆判据及韧脆转变的位错理论 319
7.4.1 Cottrell解理断裂判据 319
7.4.2 位错发射控制的韧脆判据 321
7.4.3 位错可动性控制的韧脆判据 324
参考文献 326