关于面心立方体金属中间隙原子内耗理论一文的更正

物理学报1958年14卷第1期发表的“关于面心立方体金属中间隙原子内耗理论”一文第三节(p.77—88),经内蒙古大学顾世洧同志指出确有如下错误,需加更正。 该文中关于间隙原子在空穴中扩散的内耗一节,开始时即提出二种可能的机构:一是间隙原子加入金属后可能有一对碳原子落入空穴而引起的内耗;另一是在已占有碳原子的空穴的近旁间隙位置上又落入一个间隙原子而形成的间隙原子对引起的内耗。这二种机构是不同的,文中把它们等同看待是错误的,因此文中(17),(18)两式有如下更改。     

面心立方体金属中间隙原子内耗理论

在面心立方体金属中间隙原子一般不发生内耗。只有在合金元素(杂质)或空穴周围的间隙原子才会发生微扩散的内耗。因为空穴或合金原子的存在破坏了邻近间隙位置的对称性,在这样位置上的间隙原子才有可能在往复应力作用下发生应力感生微扩散内耗。本文按以上所述两种情况,利用作者之一所作的内耗热力学理论作计算,发现由于合金原子存在而引起的内耗弛豫强度应该与x_A(1—x_A)·C成正比,x_A是合金原子浓度,C是间隙原子浓度。由于空穴存在而引起的内耗强度应与N·1/(B/C²+1/C)成正比,此处N是空穴的浓度,C是间隙原子浓度,B是一常数。在葛庭隧、钱知强两氏对面心立方系锰钢的内耗强度的实验中,内耗强度的数值基本上与合金原子浓度无关。因此,在高锰合金钢中像是空穴所引起内耗的那种机构。同时,可以估计出碳原子落入空穴放出的能量约为0.14eV。但目前实验数据有限,实际上面心合金钢中是何种机构在起主要作用,尚待进一步研究。     

碳在面心立方系合金钢中扩散内耗峰的机构

在三种面心立方系的铁锰合金(Mn18.5％,25.4％,36.0％)和铁锰镍铬合金(Mn9.5％,Ni8％,Cr3％)中观察到因含碳而引起的内耗峰,当振动频率约为2周/秒时,内耗峰出现在250℃左右。实验结果指出内耗峰高度与固溶体中的含碳量成直线关系。 提出了一个产生内耗峰的初步模型。假定碳在面心立方系晶体点阵中占据八面体的间隙位置,点阵中的异类原子(合金元素的原子或空穴)与这碳原子构成一个在各方向引起不同畸变的原子对,由于这个原子对在应力作用下的转动而产生内耗。由初步模型所推导出的式子可以解释内耗峰高度与固溶体中的含碳量成直线关系。根据粗略推算所得的内耗峰高度值与实验值相近。 关于晶体中空穴浓度的推算指出,对于碳在面心立方系合金钢中微扩散所引起的内耗峰而言,空穴的贡献少于合金元素的贡献的十分之一。     

面心立方金属和合金中的碳内耗峰

本文从理论上和实验上总结和阐明了面心立方金属和合金中碳内耗峰的物理机构,以间隙碳-空位碳原子对模型来解释面心纯金属中的碳内耗峰,以MV-CC,金属原子(M)-空位碳(V-C)-间隙碳(C),原子团模型来说明面心合金中的碳峰。     

面心立方金属和合金中的碳内耗峰

本文从理论上和实验上总结和阐明了面心立方金属和合金中碳内耗峰的物理机构,以间隙碳-空位碳原子对模型来解释面心纯金属中的碳内耗峰,以MV-CC,金属原子(M)-空位碳(V-C)-间隙碳(C),原子团模型来说明面心合金中的碳峰。     

碳在低碳合金马氏体中微扩散所引起的内耗峰

用扭摆测量淬硬低碳镍合金钢中的内耗,当振动频率约为每秒2周时,在155℃附近有一个内耗峰出现。这个内耗峰的出现条件是:钢中必须含有马氏体、合金元素和碳。在适当的条件下,铬钢和铬镍钢中也曾观察到这个内耗峰。用含镍29.7％的钢作了系统试验,观察到内耗峰高度与试样中的含碳量成正比。内耗峰的高度由于在较高温度(165℃以上)的回火处理而不断降低。由内耗测量所测得的激活能是25,000卡/克分子。以上的实验结果指出,所观测到的155℃新内耗峰是由于碳在合金马氏体中的应力感生微扩散所引起来的。提出了一个产生内耗峰的初步模型。假定碳在四角马氏体中是处于00(1/2)型的间隙位置。合金元素原子的存在引起晶体点阵中不均匀的畸变,因而应力的作用便改变了碳原子在热平衡状态下在Fe-C-Fe和B-C-Fe(B是合金元素原子)两种00(1/2)型间隙位置之间的跳动几率。这种应力感生的碳原子运动便引起内耗。用这个模型可以定性地解释所观测到的事实。关于这方面的定量研究正在进行中。     

关於镍中含碳所引起的内耗峰

镍中磁畴在应力作用下的转动可以引起一个内耗峰(当内耗表示为温度的函数时),是众所周知的现象。最近在我们的实验室中发现镍中含碳可以引起内耗峰。本文叙述进一步的实验,确切证明这个新内耗峰与镍的磁性无关,而与镍中固溶体所含的溶解碳量有关。关于激活能的较精确测量指出:与这个内耗峰相联系的激活能确与碳在镍中扩散的激活能很相近。这些实验说明这个新内耗峰是由于碳在镍中的应力感生微扩散而起的。简单地讨论了这个内耗峰的机构,认为可能与镍的晶体点阵中的空穴有关。     

用内耗方法研究碳在γ-铁中的扩散

在含锰1.7％的γ-铁中观察到因含碳而引起的内耗峰。当振动频率约为2周/秒时,内耗峰出现在240℃左右。这个内耗峰由于含碳量的增加而升高,由于在较高温度保温而降低。根据内耗测量所得的激活能是34,000±2000卡/克分子,与碳在γ-铁中的激活能(宏观扩散实验的数据)相合,由此可知所观测的内耗峰是由于碳在γ-铁(含锰1.7％)中的应力感生微扩散所引起来的。根据内耗测量的数据求出了碳在200—250℃的温度范围内在γ-铁中扩散的扩散系数。在logD—l/T坐标上,这些数据与宏观扩散实验所测得的在1000—1200℃的扩散系数坐落在一条直线上。所观测的内耗峰高度似乎与含碳量的二次方成正比,这表示在应力感生扩散过程中直接参加元跳动的乃是两个碳原子。由此可以提出一个产生内耗峰的初步模型:由于点阵中有空穴存在,两个碳原子很容易构成一个在各方向引起不同畸变的原子对,由于这个原子对在应力作用下的转动而产生内耗。     

KH2PO4中电子或空穴辅助下的氢缺陷反应

研究了非线性光学晶体材料KH2 PO4(KDP)中不同带电状态的H缺陷的稳定性及其反应 .从而以清晰的物理图像描绘了KDP材料暴露在强紫外线或X射线下性能下降的原因 .研究发现 ,对于H间隙原子 ,当增加一个电子时 ,H间隙原子与主H原子发生作用 ,形成间隙H2 分子并产生一个H空位 ,而增加一个空穴时H间隙原子与临近的主O原子形成氢氧键 ,这两种带电态的H间隙原子均切断KDP材料中形成网络的氢键 ;对于H空位 ,增加一个空穴将导致形成“过氧化氢”桥结构 .这些结果在原子层次上清楚地解释了实验所建议的缺陷反应机制     

鋼中含氫所引起的内耗峯

钢的内部发裂已经公认为与钢中的氢气有关。现有的理论认为这是由于氢气聚集于钢中的内部缺陷产生破裂压力所引起,然而关于缺陷的性质和引起内部发裂的详细机构迄今还没有明确的了解。本文尝试用内耗测量的方法来研究这个问题。初步实验的结果指出:(1)氢在钢中可以引起内耗峰(将内耗表示为测量温度的函数时);(2)轻微冷加工或保温对于内耗峰的颠值温度有着显著的影响,这表示所得的内耗峰与钢中的缺陷和应力状态有关系;(3)所得的内耗峰表现有反常的振幅效应,即在一定的观测温度时,如将内耗表示为外加应力的函数,则也得到一个内耗峰。这与本文作者之一以前在铝铜合金中所观测到的反常内耗峰的性质和表现相同,因而所得的内耗峰可能是由于氢与钢中的原子脱节的交互作用所引起来的。     

位错芯区扩散引起的非线性滞弹性内耗峰

若干年来,我们对于出现在Al-Cu和Al-Mg系中的表现正常和反常振幅效应的坐落在室温附近的内耗峰进行了系统研究,测得的激活能接近于溶质原子在位错管道中扩散的激活能，从而认为内耗峰的基本过程是溶质原子在隹错芯内的扩散，并且提出了根据位错弯结模型的物理图像。在70年代，Windler-Gniewek等根据弦模型对于位错芯内的扩散进行了理论计算，推导出描述内耗行为的数学表达式与我们的实验结果有许多相似之处。本文对于弦模型和弯结模型进行了对比，分析了位错芯内的纵向扩散和横向扩散所引起的内耗的非线性表现以及内耗峰温和峰高随着应变振幅和测量温度而变化的情况，进一步了我们发现的室温非线性内耗峰（非线性滞弹性内耗）是由于溶质原子在位错芯内扩散所引起的。 关键词：     

间隙原子非线性应力感生扩散的简化弹性偶极子模型

为了阐明体心立方晶体中外应力、位错应力和八面体间隙原子相互作用的本质,从理论上解释S-K弛豫和位错对Snoek弛豫的影响,提出一个简化的含有可动位错的一维弹性偶极子格点模型,讨论位错应力场中间隙原子的非线性应力感生扩散,为进一步对实际晶体的从头数值计算奠定基础。对一维模型的计算机模拟计算,表明位错应力场使得间隙原子形成具有非线性扩散特征的缺陷Fermi-Dirac分布,并增强了Snoek效应,在Snoek峰高温侧出现一个非线性扩散Snoek型内耗峰。 关键词：     

鋼鐵中碳、氮的擴散、脱溶和沉澱

一般认为钢的变脆例如蓝脆和回火脆都与钢中的扩散和沉淀有关系。本文尝试用内耗测量的方法研究碳与氮在α-铁及碳素钢中的扩散、脱溶和沉淀,从而进一步地了解钢的变脆的机构。实验的结果指出,碳在α-铁中的扩散不受自身浓度、合金元素和沉淀历史的影响。氮的情形与碳显著不同,合金元素使氮的扩散变慢,在沉淀初期使氮的扩散加速。较有系统地研究了碳、氮在加工后的α-铁中脱溶时所引起的内耗峰(当振动频率约为每秒1周时出现在250℃左右),发现了高温淬火在含碳或氮较多的试样中所产生的内应力也可以引起这个内耗峰。实验指出:①这个脱溶内耗峰的出现条件与钢的蓝脆的出现条件相同,都是一种应变时效或淬火时效的现象;②与这个内耗峰有关的碳、氮是处于原子的状态。这些联系使我们认为钢的蓝脆是一种应变脱溶或淬火脱溶的过程,是由于原子状态的碳或氮聚集于钢中的内应力区域或晶体缺陷(例如原子脱节)中所引起来的。关于这方面的深入研究正在继续进行中。根据本实验及以前关于钢铁中碳氮的扩散、脱溶和沉淀所得的结果,对于钢的回火脆的机构也提出了一种初步的看法。回火脆是一种回火沉淀的过程,引起回火脆的沉淀似乎是氮化物而不是碳化物。     

内耗的热力学研究(Ⅱ)——代位合金在有序或无序态的内耗理论

本文是利用热力学线型内耗的理论来计算二元代位合金在各种有序状态时的内耗。首先,求出了在一个均匀应力作用下,样品中所产生的非平衡的有序无序的自由能,文中又介绍了原子对从优取向和短程有序的变化等两种内耗的机构。在这两种情况中,内耗都是正比于(1-S)的一次幂或二次幂的,这里S是长程有序程度。所以一定温度下在完全有序的状态时内耗不出现,而在完全无序状态时内耗最大。理论的结果是和诺维克的AgZn合金无序内耗的数据,以及亚特曼的β-黄铜有序内耗的数据完全符合的。并且还可以明了这些实验所测得的内耗峰是由于原子对从优取向所产生的,不是由于短程有序变化的原因。     

铝一镁合金中的反常位错内耗峰

Al-0.03at％ Mg合金在倒扭摆上-65℃在原位进行拉伸,形变量为0.5％,然后在升温过程中测量内耗,于-30℃及60℃附近观测到内耗峰,随后从80℃的降温过程中仍在相同温度观测到内耗峰。研究了不同温度下的内耗-振幅曲线,在降温过程中出现内耗峰的温度范围内观测到了振幅内耗峰,并由此计算得到等效激活能分别为0.32及0.22eV。初步认为,当低温冷加产生的位错弯结在外力作用下作沿边往复运动时,“镁原子-空位”对和镁原子被拖曳运动是分别引起-30℃峰和60℃峰的可能的原因。 关键词：     

铁磷合金中的Snoek-K-Kster峰

用真空葛氏摆,研究了Fe-C+N-P合金系冷加工试样内耗。发现置换式固溶元素磷,强烈减低铁的S-K-K内耗(Q~(-1))、降低内耗峰温度(T_p)和明显减小其弛豫激活能(H)。在铁中磷的固溶限度以下,内耗峰高度(Q_h~(-1))随合金中磷浓度的三分之二次方(即位错线上磷浓度平方)C_p~(2/3)增加而线性减低。实验结果符合Schoeck理论。本文还讨论了内耗机制,认为它是非螺(包括刃)位错段拖曳Cottrell气团间隙溶质原子移动产生的。位错段运动以弯曲的方式进行。     

La2NiO4+δ体系相分离现象的低频内耗研究

La2NiO4+δ体系额外氧δ=0.071，0.110，0.135，0.140样品中存在着 一个间隙氧弛豫运动引起的低频内耗峰，其内耗峰峰位置随额外氧的增多向高温移动.而额外氧处于其间位 置δ=0.087样品中则出现了两个弛豫型内耗峰，分析认为它们源于体系相分离后形成的不同一维有序结构中间隙氧的跳跃. 此外，额外氧δ=0.038样品中也观察到两个弛豫型内耗峰，其中低温峰性质与上相同，而高温内耗峰则可能对应于体系相分离后形成的低温四方相中氧原子的跳跃弛豫. 关键词： La2NiO4 内耗 相分离     

碳在面心铁-镍合金中扩散峰的机构

固溶在面心铁—镍合金中的碳原子,能引起一个应力感生的扩散内耗峰。当振动频率约为1.4周/秒时,峰的位置在500°K附近。固溶的碳原子可以跳入点阵空位中而成为代位式碳原子,此碳原子舆另一个最近邻的间隙碳原子相结合后即形成一组碳原子对。在外加应力的作用下,这类碳原子对轴的择尤旋转便引起了内耗。根据这个机构并结合内耗测量过程中试样内部碳原子重新分布的情况,可以推导出碳浓度和内耗峰高度之间的定量关系,并从而求出合金的点阵空位形成能和构成碳原子对时所放出的能量。铁—镍合金中碳扩散峰的特徵是:峰的二边内耗曲线不对称,在高温的一边,内耗反而比低温的一边为低。峰的位置T′随淬火温度或碳浓度之增加而渐向低温移动;峰愈出现在低的温度,T′Q_max^-1相乘积就愈大。根据本文所提出的理论,对这些特徵作了解释。     

铁磷合金中的Snoek-Kê-K?ster峰

用真空葛氏摆,研究了Fe-C+N-P合金系冷加工试样内耗。发现置换式固溶元素磷,强烈减低铁的S-K-K内耗(Q^-1)、降低内耗峰温度(T_p)和明显减小其弛豫激活能(H)。在铁中磷的固溶限度以下,内耗峰高度(Q_h^-1)随合金中磷浓度的三分之二次方(即位错线上磷浓度平方)C_p^2/3增加而线性减低。实验结果符合Schoeck理论。本文还讨论了内耗机制,认为它是非螺(包括刃)位错段拖曳Cottrell气团间隙溶质原子移动产生的。位错段运动以弯曲的方式进行。 关键词：     

La2 NiO4+δ体系相分离现象的低频内耗研究

La2 NiO4 δ体系额外氧δ =0 .0 71,0 .110 ,0 .135 ,0 .14 0样品中存在着一个间隙氧弛豫运动引起的低频内耗峰 ,其内耗峰峰位置随额外氧的增多向高温移动 .而额外氧处于其间位置δ =0 .0 87样品中则出现了两个弛豫型内耗峰 ,分析认为它们源于体系相分离后形成的不同一维有序结构中间隙氧的跳跃 .此外 ,额外氧δ=0 .0 38样品中也观察到两个弛豫型内耗峰 ,其中低温峰性质与上相同 ,而高温内耗峰则可能对应于体系相分离后形成的低温四方相中氧原子的跳跃弛豫