層錯能在金屬塑性變形過程中起著重要作用。當金屬的層錯能較低時，完整位錯會分解成多個部分位錯。層錯能是指層錯區域內的化學自由能和應變能、界面能之差值。
理論基礎
晶體結構學角度
層錯能被視為一種類似于孿晶的晶體結構變化。在層錯中原子的堆垛錯誤會導致能量增加，這一增量被稱為層錯能。層錯能通常被認為是兩倍的退火孿晶界能。然而，一些研究表明，層錯能應該包括體積能量和表面能量。當應變能和化學自由能之和能夠抵消表面能時，層錯核心就會自發擴展。
相自由焓角度
層錯能反映了立方晶系(fcc)和六方緊密堆積(hcp)兩種晶體結構的能量差異。隨著電子濃度的增加，層錯能會降低。Hirth提出了層錯能與約西亞·吉布斯自由焓(Gibbs free 能量)之間的關系式。對于合金，還需要考慮鈴木公司效應。Dewit等人研究了fcc晶體中溶質原子在層錯處的聚集情況，發現fcc和hcp的自由能差并不等同于層錯能。
層錯形核機制
層錯能是層錯區域的化學自由能、應變能和界面能之差。當層錯能為一定的負值時，層錯會自動擴展并引發ε-馬氏體相變。
定義
層錯能
為了明確區分，我們仍然將通過測量層錯寬度并根據位錯理論推導出的能量值定義為層錯能。層錯能實際上反映了層錯引起的應變能以及合金元素偏聚引起的鈴木效應。這個定義下的層錯能與傳統意義上的層錯能一致，其數值代表了研究人員實測的數據，通常以γ或SFE表示。這些數據在工程上有實際意義。
層錯形核能
層錯形核能指的是層錯的存在對系統能量的影響。在相變過程中，已經存在的具有一定尺寸的層錯會成為相變的核心。層錯形核能與Cohen定義的層錯能基本一致，即層錯存在引起的層錯晶體處的自由焓降低值△G、應變能△G和界面能△G之和。其中，△G為負值，△G、△G為正值。所有這些項均包含溶質原子固熔的鈴木公司效應。
測定方法
層錯能的測定方法多種多樣，其中包括使用電子顯微鏡的擴展位錯寬度測量法和結點測定法。后者特別適合用于測定那些位錯擴展不均勻、形成位錯網絡的合金的層錯能。在立方晶系晶體中，兩種a/2型位錯的相互作用會導致擴展結點和收縮結點的交替形成。擴展結點中，不全位錯的彎曲被該結點內堆垛層錯的表面張力所平衡，因此該結點的曲率半徑R是層錯能γ的量度。
影響
層錯能對疲勞裂紋的萌生和持久滑移帶的形成有著顯著影響。高層錯能的材料易于發生交滑移，使得位錯能夠繞過障礙物繼續移動，從而促進持久滑移帶的形成和疲勞裂紋的萌發。相比之下，低層錯能的材料不易發生交滑移，位錯在單一滑移面上的運動更容易受阻，塑性變形分散而非集中在特定區域，這有助于防止疲勞裂紋的成核和生長。因此，疲勞極限與位錯交滑移的難度呈正相關。
參考資料 >
層錯能對面心立方金屬形變機制與力學性能的影響.金屬學報.2024-11-06
層錯能在嚴重塑性變形過程對晶粒細化機制的影響.豆丁網.2024-11-06
[科普中國]-層錯能.科普中國網.2024-11-06