第5期 郭丽娜等：氧化物弥散强化钢的强化机理 589· 为晶界强化应力 T0r0= (3) 本研究制备的氧化物弥散强化铁素体钢，制造 aiscm( 工艺区别于机械合金化法，其最大的特点是氧化物 式中：G为基体室温切变模量(90GPa):b为柏氏 尺寸不均等，分为大中小三种尺寸，为10~500nm 矢量(0.256nm13):T。为氧化物粒子的半径：入为 尺寸分布范围也很宽.考虑氧化物颗粒尺寸不均对 氧化物粒子的间距，可采用下式进行计算16， Oro OWH和OTMD的影响，可以用加和规则对不 2元 同尺寸氧化物产生的OOo、wH和OTID进行计 λ=r3f (4) 算： 式中：∫为氧化物颗粒的体积分数 把式(4)代入式(3)，得到Orowan强化应力 fs =+N+n+6++B+ M 00r0为： fB +M+B明 (2) 00ro= -1 (5) 式中：S、M和B分别代表小、中和大三种不同尺 12Cr-ODS钢中氧化物颗粒都是随机均匀分布 寸范围内的氧化物：i可被OrO、WH和TMD代替 的，根据式（⑤）可计算出不同尺寸范围内氧化物由 2.3.1 Orowan强化机制 于Orowan机制而产生的屈服应力ooro,如图5所 位错和强化相粒子相遇时，当强化相是比较坚 示.不同尺寸氧化物产生的总Orowan强化应力可 硬且不易发生剪切变形的弥散粒子时，位错主要采 以用式(2)进行计算，总的ooro应力为156MPa 取Orowan弓弯绕过粒子，并在粒子周围留下位错 (图5).图中S、M、B和T分别代表由小、中、大三 环，使合金得到强化.图4给出了12C-0DS钢 种尺寸氧化物产生的各种强化应力和通过式(2)计 中位错受阻发生弓弯的组织形貌.因此，Orowan 算得到的总Orowan强化应力. 弓弯机制将会对材料的强化具有重要的作用.Shao 800 等14)和Thilly等1可分别采用Orowan位错弓弯 翻理论值 机制很好地解释了纳米Ni/A2Og薄膜强度的提高 600 效实验值 以及Cu/Nb纳米复合材料的良好力学性能 400 200 2 氧化物弥 氧化物加 热错配品界屈服 散强化 工强化 强化强化强度 图5各种强化机制计算得到的12Cr-ODS钢的屈服强度和实 测的屈服强度 Fig.5 Yield strengths calculated by different strengthening 图412 Cr-ODS钢中位错受阻组织形貌 mechanisms and experimental value for 12Cr-ODS steel Fig.4 Microstructure of dislocations preventing by oxides in 2.32氧化物弥散强化钢加工强化机制 12Cr-ODS steel 在纳米复合材料中，由于加入了第二相强化粒 本研究所制备的12(-ODS铁素体钢中纳米级 子，将会造成强化相和基体之间界面面积的增加， Y203粒子的硬度较高，强化相颗粒直径为10500 从而导致合金力学性能的提高.氧化物弥散强化合 nn,根据复合材料相关理论，可利用Orowan绕过 金在塑性变形过程中，由于氧化物颗粒的存在，阻 机制对12Cr-ODS铁素体钢的弥散强化机制进行描 碍滑移形变，将会引起合金固溶体内部位错密度的 述. 增加.其原因是氧化物粒子很难变形，而基体发生 研究表明12，由Orowan强化机制而产生的屈 变形，为保证两者相界面连续性而产生所谓的“几 服应力Or。可用下式进行定量计算： 何位错”可，导致位错密度增加，流变应力增大假第 期 郭丽娜等 氧化物弥散强化钢的强化机理 · · 为晶界强化应力 本研究制备的氧化物弥散强化铁素体钢 , 制造 工艺区别于机械合金化法 , 其最大的特点是氧化物 尺寸不均等 , 分为大中小三种尺寸 , 为 、 , 尺寸分布范围也很 宽 考虑氧化物颗粒尺寸不均对 二 。、 和 , 的影响 , 可以用加和规则对不 同尺寸氧化物产 生的 二 。、 二 和 二 进行计 算 气 一 、 一 — 二一 人 、 口 式 中 为基体室温切变模量 乙为柏 氏 矢量 呻勺 、为氧化物粒子的半径 入为 氧化物粒子的间距 , 可采用下式进行计算 入一漂 氏 万下牙茄再舀 下、 十 万 一一, 下六一 一一一了一 ' ` 州卜 十 式中 为氧化物颗粒 的体积分数 把式 代入式 , 得到 强化应力 二。 。为 九 十加 十儿 尸 乙 — 厅 。、 飞 二 一 了吕 兀 、 式 中 、 和 分别代表 小 、 中和大三种不同尺 寸范围内的氧化物 乞可被 、 和 代替 ·· 强化机制 位错和 强化相粒子相遇时 , 当强化相是 比较坚 硬且不易发生剪切变形的弥散粒子 时 , 位错主要采 取 弓弯绕过粒子 , 并在粒子周围留下位错 环 , 使合金得到强化 图 给出了 一 钢 中位错受阻发生 弓弯的组织形貌 因此 , 弓弯机制将会对材料 的强化具有重要的作用 等 ` 和 等 ` 分别采用 ,, 位错弓弯 机制很好地解释 了纳米 薄膜 强度的提高 以及 纳米复合材料的 良好力学性能 一 钢 中氧化物颗粒 都是随机均匀分布 的 , 根据式 可计算 出不 同尺寸范围内氧化物 由 于 机制而产生的屈服应力 。, 如图 所 示 不同尺寸氧化物产生的总 强化应力可 以用式 进行计算 , 总的 。应力为 图 图中 、 、 和 分别代表 由小 、中 、大三 种尺寸氧化物产生 的各种强化应力和通过式 计 算得到的总 强化应力 霍霞里宝】 下丰,, 酬日吕产躺 鬓霎摹 只侧艺戈 图 一 钢中位错受阻组织形貌 氧化物弥 氧化物加 热错配 晶界 屈服 散强化 仁强化 强化 强化 强度 图 各种强化机制计算得到的 一 钢的屈服强度和实 测的屈服强度 一 , 一 一 入 一 一 、 一 本研究所制备的 一 铁素体钢 中纳米级 粒子的硬度较高 , 强化相颗粒直径为 , , 根据复合材料相关理论 , 可利用 绕过 机制对 一 铁素体钢的弥散强化机制进行描 述 研究表明 “ , 由 强化机制而产生的屈 服应力 。 。可用下式进行定量计算 氧化物弥散强化钢加工强化机制 在纳米复合材料中 , 由于加入了第二相强化粒 子 , 将会造成强化相和基体之间界面面积的增加 , 从而导致合金力学性能的提高 氧化物 弥散强化合 金在塑性变形过程 中 , 由于氧化物颗粒的存在 , 阻 碍滑移形变 , 将会引起合金 固溶体内部位错密度的 增加 其原因是氧化物粒子很难变形 , 而基体发生 变形 , 为保证两者相界面连续性而产生所谓的 “几 何位错 ”口刁, 导致位错密度增加 , 流变应力增大 假