什麼是Taylor因子

多晶降伏應力與單晶臨界分解剪應力的比M。由晶粒方位的分布決定,隨機方位的FCC金屬約為3.06。

日文名稱: テイラー因子

「Taylor因子」出現在1領域的3道練習題中(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Taylor因子的題目

FCC金屬多晶的降伏應力σy約為單晶臨界分解剪應力τc的3倍(σy ≈ Mτc,M ≈ 3.06)。此係數M(Taylor因子)大於Schmid因子最大值0.5的倒數2,其原因下列何者正確?

  1. A在多晶中只有最容易滑移方位的晶粒先滑移,其他晶粒仍保持彈性,為了補償平均強度下降的部分,M變大
  2. B相鄰晶粒要在晶界不產生間隙或重疊地變形,各晶粒必須有5個以上獨立的滑移系作用,也會用到方位不利的滑移系
  3. C多晶的晶界面積遠大於單晶,變形功增加了晶界能的部分,因此不論晶粒大小M都約為3倍
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正確答案:B. 相鄰晶粒要在晶界不產生間隙或重疊地變形,各晶粒必須有5個以上獨立的滑移系作用,也會用到方位不利的滑移系

在多晶中,若各晶粒隨意變形,晶界就會產生間隙或重疊。為了適應任意的形狀變化,在體積一定的條件下需要5個獨立的滑移系(von Mises條件)。因此,不只Schmid因子大的滑移系,方位不利的滑移系也要同時作用,對隨機方位的FCC多晶取平均,Taylor因子約為3.06。若降伏只由最容易滑移的晶粒決定,就無法說明係數大於2。Taylor因子由晶粒方位的分布決定,與晶界面積或晶粒大小無關。晶粒大小的效果另外以霍爾-佩奇關係加上。獨立滑移系不足的HCP金屬多晶延性差,也可以從這個條件理解。

在鋁合金中,以 Δτ ≈ Gb/L(L為析出物間距)估算差排在析出物之間凸出而通過的Orowan機制造成的剪應力增量。設 G = 26 GPa、b = 0.286 nm、L = 100 nm,並以 Δσ = MΔτ(Taylor因子 M = 3.06)作為多晶降伏應力的增量,Δσ最接近下列何者?

  1. A約74 MPa
  2. B約228 MPa
  3. C約24 MPa
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正確答案:B. 約228 MPa

Δτ = 26×10⁹ × 0.286×10⁻⁹/(100×10⁻⁹) ≈ 7.4×10⁷ Pa,約74 MPa。要換算成多晶降伏應力的增量,需乘上Taylor因子,Δσ = 3.06 × 74 ≈ 228 MPa。約74 MPa是停留在剪應力而忘了乘上M的值,約24 MPa是除以M的值。差排的線張力約為 Gb²/2,差排在析出物之間凸出到半圓時就能通過,由此得到這個式子。體積分率相同時,粒子越細,間距L越窄,Orowan應力越大。更精確的式子會加上與差排性質及粒子大小有關的係數和對數項,其值比這個估算小。

解析中的「Taylor因子」

出現「Taylor因子」的題目(3題)

  1. FCC金屬多晶的降伏應力σy約為單晶臨界分解剪應力τc的3倍(σy ≈ Mτc,M ≈ 3.06)。此係數M(Taylor因子)大於Schmid因子最大值0.5的倒數2,其原因下列何者正確?
  2. 在鋁合金中,以 Δτ ≈ Gb/L(L為析出物間距)估算差排在析出物之間凸出而通過的Orowan機制造成的剪應力增量。設 G = 26 GPa、b = 0.286 nm、L = 100 nm,並以 Δσ = MΔτ(Taylor因子 M = 3.06)作為多晶降伏應力的增量,Δσ最接近下列何者?
  3. 以Taylor方程式 σ = MαGb√ρ(ρ為差排密度)估算加工硬化金屬的流動應力。冷加工的銅中,M = 3.06、α = 0.3、G = 48 GPa、b = 0.256 nm、ρ = 1.0×10¹⁴ m⁻² 時,σ最接近下列何者?

相關名詞

差排 臨界分解剪應力 Schmid因子 霍爾-佩奇關係 Orowan機制 加工硬化 包辛格效應 派爾斯應力 散佈強化

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