《不同晶粒尺寸材料的霍尔佩奇关系.docxVIP

不同晶粒尺寸材料中的H-P关系细化晶粒一直是改善多晶体材料强度的一种有效手段。根据位错理论,晶界是位错运动的障碍,在外力作用下,为了在相邻晶粒产生切变变形,晶界处必须产生足够大的应力集中,细化晶粒可以产生更多的晶界,如果晶界结构未发生变化,则需施加更大的外力才能产生位错塞积, 从而使材料强化。Hall-Petch 关系就是在位错塞积模型基础上导出的。H-P关系的历史20世纪50年代初，人们开始研究晶粒尺寸与材料强度的关系，1951年当时还在谢菲尔德大学读书的/w/index.php?title=E._O._Hallaction=editredlink=1 \o E. O. Hall (page does not exist)E. O. Hall在64册装订的《物理学进程表》上发表了三篇文章。在第三篇文章中，他指出了滑动带的长度或裂纹尺寸与晶粒尺寸成正比，即，式子中的第一项代表了材料的强度，k是常数。由于技术条件的限制，Hall只能推出成正比的关系，但是x的取值没有具体给出。当时Hall选取的研究对象是锌但是他发现这个关系应用于低碳钢同样成立。英国利兹大学的/w/index.php?title=N._J._Petchaction=editredlink=1 \o N. J. Petch (page does not exist)N. J. Petch根据自己在1946-1949年的实验研究和Hall的理论基础发表了一篇论文，这篇论文着重讲述了有关脆性断裂方面的知识，通过测量在低温条件下不同晶粒尺寸的解理强度，/w/index.php?title=N._J._Petchaction=editredlink=1 \o N. J. Petch (page does not exist)Petch把Hall提出的数学关系进行了精确地完善，这个重要的数学关系就以他们的名字命名为霍尔佩奇关系。即　σy代表了材料的屈服极限，是材料发生0.2%变形时的屈服应力σ0.2通常可以用显微硬度Hv来表示σ0表示移动单个位错时产生的晶格摩擦阻力Ky一个常数与材料的种类性质以及晶粒尺寸有关d 平均晶粒直径Hall-Petch关系图由于Hall和Petch所处的年代技术的落后他们能研究的晶粒尺寸还是很大的，所以早期的H-P关系是不完善的，只有图中前半部分。后半部分是随着科技的进步，逐渐完善的。近几十年来, 材料的细晶强化研究大量开展。在一般晶粒尺寸范围内, 材料的强度随晶粒尺寸的变化是符合Hall-Petch 关系的, 但在纳米晶体材料中出现了偏离甚至反Hall-Petch 关系的现象, 因此Hall-Petch 关系的使用具有一定的局限性。一般晶粒尺寸材料中的H-P关系关于晶粒尺寸的作用，可用位错的观点来说明，在晶体缺陷中已知，位错在晶体中是三位分布的。位错网在滑移面上的线段可以成为位错源。在应力的作用下，位错源可不断地放出位错，使晶体产生滑移。位错在运动过程中，首先必须克服位错网的阻碍，当位错移动到晶界时，又必须克服晶界的障碍，这样才能使变形由一个晶粒转到另一个晶粒上去，使物体产生屈服。由此可知，金属的屈服强度应该取决于使位错源动作所需要的力，位错网给予移动位错的阻力和晶粒之间界的阻力等。由此可见相同体积的金属中，晶粒越细小，晶界就越多，障碍也就越多。这久需要加大外力才能使晶体滑移。所以晶粒越小，材料的屈服极限也就越大。如图所示这个图示粗略展示了位错堆积的概念和它对于材料强度的影响。大晶粒的材料可错堆以产生更多位积，以生成把位错从一个晶粒移到另一个晶粒的驱动力。如图在大晶粒中移动位错比在小晶粒中更省力，这使得小晶粒材料展现出更高屈强度晶粒中得位错塞积图一般晶粒尺寸材料中得H-P关系图（d=100um）超细晶材料中的H-P关系金属材料常温条件下细晶强化已成为公认的事实，H-P关系一直是毋庸置疑的。但是随着科技和技术的不断更新和进步，材料晶粒的细化已经进入微米亚微米至纳米级别，人们通过不断地实验以及大量的实例发现了偏离H-P的现象。随着晶粒的不断细化，这种偏离程度也不断增大，这种偏离现象主要体现在随着晶粒的不断细化1σ0增大2 k值下降这是因为,位错运动平均自由程减小,晶界、相界对材料性能的影响比粗晶条件下更为显著,当夹杂物尺寸与晶粒不相上下时,将使超细晶的强化作用下降。超细晶条件下,间隙原子的固溶强化和第二相的沉淀强化也可能发生一些变化。从图中我们可以发现随着晶粒的细化H-P关系图偏离的程度也就越大这是因为在晶界附近原子状态比较特别,被确认为有晶界相,晶界附近存在弹性变形层,与晶粒内组织相比,晶界相的动态活度较高。在超细晶状态下,晶粒细小,导致晶界面积的大幅度上升,同时也增加了晶界附近组织在整个组织中的分数。依据非平衡晶界理论] ,非平衡态非固有晶