钢中位错密度分析

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1、位错密度分析一.位错密度对管线钢性能的影响管线钢的强化方式主要包括晶界强化、固溶强化、沉淀析出强化、位错强化等，其综合强化效果町用Hall・Petch公式的修正式表示山：6=%+J+J+5+%+kdb"2其中：J为管线钢的屈服强度；o（）为原铁素体强度；Osh为固溶强化产生的强度；。ph为由沉淀强化产生的强度；为由位错强化产生的强度；。止为由织构强化产生的强度；d为晶粒尺寸。图1为管线钢强化方式示意图。从图屮可以看出对于高钢级管线钢，通过增加位错密度來提高强度已经成为了管线钢强化的重要方式。鏗涣宦障土亚图1管线钢的强化方式⑴(a)

2、X70(d)X80(e)X100(f)X100图2高钢级管线钢TEM照片〔2】通过透射电镜对X70.X80以及X100管线钢的位错形态进行观察，三个级别管线钢的位错形态有较大差界。X70钢位错密度最低(见图2(小和图2(b));X80钢位错密度较高，未见亚结构的趋势(见图2(c)和图2(d));X100钢的位错缠结在一起，形成了较明显的胞状结构(见图2(e)和图2(f))oTEM照片中,铁素体组织较明亮,位错密度较低,而贝氏体组织位错密度较高，颜色更深。图2(e)显示的是一个厚度约为200nm的贝氏体板条，其周围冇较多的位错缠结。

3、图2(f)中，在X100级管线钢中形成了位错胞，强烈地钉扎着晶界，同时这种胞状结构可以看成是对品粒的进一步细化⑵。金属材料的强度位错和其它畸变的密度图3金属强度与位错密度Z间的关系从图3中可以看出位错密度对金属强度的影响。可见，仅仅是在位错密度增加的初期,金属的实际强度卜-降；位错密度继续增人，则金属晶体的强度乂上升。这是因为位错密度继续增加时，位错之间会产生相互作用：1)应力场引起的阻力，如位错塞积，当人量位错从一个位错源中产生并在某个强障碍(晶界、析出物等)面前停止的时候就构成了位错的塞积；2)位错交截所产生的阻力；3)形成割

4、阶引起的阻力(两个不平行柏氏欠量的位错在交截过程中在一位错上产牛短位错)；4)割阶运动引起的阻力。研究表明，金属的卿•性变形抗力的增加与位错密度之间有如卜•关系：Act=aGbp'2其中：a为强化系数；G为切变模量；B为泊氏矢量；P为位错密度。二.位错密度分析方法1.TEM观察目前广泛应用透射电子显微镜技术直接观察晶体中的位错。品体中有位错等缺陷存在时，电了束通过位错畸变区可产生较大的衍射，使这部分透射束的强度弱于基体区域的透射束，这样位错线成像时表现为黑色的线条。用透射电子显微镜观察位错的优点是可以肓接看到品体内部的位错线，即使

5、在位错密度较高时，仍能清晰看到位错的分布特征。位错是晶体中的线缺陷。单位体积晶体中所含位错线的总长度称位错密度。若将位借线视为彼此平行的肓线，它们从晶体的一面均延至另一面，则位错密度便等于穿过单位截面积的位错线头数。即：式屮，P为位错密度(位错线头数/cm2)；A为晶体的截面积(cm2)；n为A面积内位错线头数。2.XRD法⑶晶体材料位错的描述，一般采用Mosaic模型，包括水平关联长度、垂直关联长度、扭转角度和倾转角度四个变量，而螺位错和刃位错两种主要位错的密度都可用这四个变量得到。螺位错密度为：2N=—如—s'4.35"；当考

6、虑刃位错在晶体中的随机分布时，其密度：2N—。伽如畑_4.35xb；当考虑刃位错只分布在镶嵌结构颗粒的边缘时，密度为：2N—edge~2Axb(.xLf/其中，h为位错的泊氏常量；ai山为倾斜角；atwist为倾转角;G为水平关联长度。利用W订liamson-Hall(WII)作图法测量这四个参数。WII法的线性拟合公式：FWHM0)=2=+at8in2Lnsin0'tnFWHM-20=A1+2厶cos。sintan<9式屮，FWHM表示各打描峰的半峰宽;S和厶别代表垂直、水平关联长度;e为衍射角；入为X射线波长；at表示镶嵌结构

7、倾斜角；£命为生长方向上的非均匀应变。通过XRD的CO-26和3扫描，可以得到了五个晶格应变的分量，结合水平和垂直方向的关联长度，可以得到位错密度的信息。1.正电子湮灭技术⑷正电子在完整品格中的湮没称为自由态的湮没。若品体屮出现缺陷，如空位、位错等缺陷，则入射的止电了束一部分发生自由态湮灭，另一部分则被缺陷捕获湮灭。大多数情况卜正电子一电子对（简称为湮没对）湮没后变成两个丫光子。若湮没时湮没对静止，则根据能量守恒与动量守恒可知，两个光了将沿180。相反方向射出，每个光了的能量为：E（）="）疋一*仰式中，加0电子静止质量；C为光速

8、；Eb是正电子■电子Z间的束缚能，通常略去不计。计算得E。约等于511keV。由于在金属缺陷处的电子能量较低，于是看5111keV的Y光了多普勒能谱窄化。缺陷的尺寸和密度均影响能谱的窄化程度。假设晶体中存在位错和空位两种缺陷，则多普勒展宽能谱线形参