什麼是派爾斯應力

在完全晶體中,使差排克服晶格阻力而移動所需的最小剪應力。BCC金屬的螺旋差排較大,是降伏應力強烈溫度依存性的原因。

日文名稱: パイエルス応力

「派爾斯應力」出現在2領域的2道練習題中(機械性質與破壞, 強化機構與差排等)。

這個名詞所屬的領域: 強化機構與差排

練習派爾斯應力的題目

在低溫下明顯出現由延性轉為脆性的轉移(延性-脆性轉移)的材料是下列何者?

  1. A沃斯田鐵系不鏽鋼(FCC)
  2. B鋁合金(FCC)
  3. C肥粒鐵系碳鋼(BCC)
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正確答案:C. 肥粒鐵系碳鋼(BCC)

在BCC金屬中,使差排運動所需的應力(派爾斯應力)隨溫度降低而急遽增大,因此在低溫下降伏前就會發生劈裂破壞,沙丕衝擊試驗的吸收能在某溫度範圍內急遽下降。這就是延性-脆性轉移,肥粒鐵系碳鋼是代表例。FCC的沃斯田鐵系不鏽鋼與鋁合金滑移系統多,在低溫下差排也容易運動,因此不顯示明顯的轉移,被用於液化氣體儲槽等低溫用途。轉移溫度會因晶粒細化而降低,因中子照射等而升高。

鐵等BCC金屬的降伏應力在溫度降低時大幅上升,但銅或鋁等FCC金屬隨溫度的變化很小。造成此差異的主要原因,下列何者正確?

  1. AFCC金屬在低溫時疊差能下降,差排擴展而容易移動,因此低溫時降伏應力反而下降
  2. BBCC金屬在低溫時間隙的碳或氮容易聚集到差排,溫度越低Cottrell氣團的釘住越強
  3. CBCC金屬螺旋差排的核心擴展到數個面而難以移動,要藉熱擾動的幫助越過晶格的阻力,因此溫度越低需要越大的應力
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正確答案:C. BCC金屬螺旋差排的核心擴展到數個面而難以移動,要藉熱擾動的幫助越過晶格的阻力,因此溫度越低需要越大的應力

BCC金屬螺旋差排的核心不是平坦地擴展在1個面上,而是採取橫跨數個{110}面的立體形狀,因此晶格對差排的阻力,即派爾斯應力變大。差排在熱擾動的幫助下一點一點越過這個能障(形成扭折對),因此溫度降低時幫助減少,降伏應力急遽上升。這是BCC鋼延性-脆性轉移的原因之一。FCC金屬的差排平坦地擴展在最密面上,派爾斯應力小,降伏應力的溫度依存性也小。認為低溫時降伏應力下降的選項與事實相反;去除碳與氮的高純度BCC金屬也會出現相同的溫度依存性,因此把Cottrell氣團當成主要原因的選項也是錯誤的。

解析中的「派爾斯應力」

出現「派爾斯應力」的題目(2題)

  1. 在低溫下明顯出現由延性轉為脆性的轉移(延性-脆性轉移)的材料是下列何者?
  2. 鐵等BCC金屬的降伏應力在溫度降低時大幅上升,但銅或鋁等FCC金屬隨溫度的變化很小。造成此差異的主要原因,下列何者正確?

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差排 不鏽鋼 包辛格效應 散佈強化 臨界分解剪應力 Orowan機制 Schmid因子 Taylor因子

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