层错能

位错滑移会引起晶体的剪切变形，它是金属塑性变形的主要机制。位错造成晶体内原子的错排，进而引起它附近晶体点阵结构的弹性畸变，因此位错也是内应力源。只有当金属的层错能很低时，完整位错的分解才会明显出现。当满足一定条件时，完整位错可以分解成若干部分位错，但是必须满足分解之前的能量大于分解后各部分的能量总和，只有这样的分解从能量角度分析是有利的，因此这个过程才能在热力学上进行下去。因此可以认为，各部分位错之间是存在某种排斥作用。当完整位错在某一晶面上分解后，该晶面上各部分位错之间的正常点阵结构受到进一步的破坏，促使体系能量升高。这种能量称为层错能。

层错能的理论基础

(1)从晶体结构学角度，在层错中原子和正常堆垛的能量差就是层错能。层错能好象一片很薄的孪晶。在扩展位错间的滑移面上下发生了堆垛层错，堆垛错排使能量增加，增加值即为层错能。层错能可近似地等于2倍的退火孪晶界能。而文献认为，层错能应包括体积能量和表面能量。当应变能和化学自由能之和(负值)足以抵偿表面能时，层错核心就自动扩展。

(2)从相自由焓角度，层错能反映了fcc和hcp两种结构的能量差，随电子浓度的增大而降低。Hirth认为纯金属的层错能值就等于一层fcc和hcp原子结构的吉氏自由焓差，并推导了层错能和△G间的关系式。对于合金，还应考虑铃木效应。Dewit等人计算了平衡态下，fcc晶体中溶质原子在层错处的偏聚，提出在相同成分和温度下，fcc和hcp的自由能差不同于层错能。

(3)从层错形核机制考虑，层错能为层错区域的化学自由能和应变能、界面能之差值。只有当层错能为一定负值时，层错才会自动扩展而发生ε马氏体相变。

实际定义

(1)层错能。为不致混乱，仍定义由测量层错宽度，根据位错理论推导的公式计算的能量值为层错能。层错能实际上是反映了层错所引起的应变能及合金元素偏聚引起的铃木效应。该定义的层错能与习惯上称谓的层错能是一致的。该值就是各研究者实验测定的值，表示符号为γSF或SFE。这样，研究者所获得的层错能数据仍然是有工程意义的。

(2)层错形核能。层错是在一定温度下奥氏体中存在的晶体缺陷。层错形核能是层错的存在使体系能量的变化值，符号为△Gsfe。在相变时，已存在的一定尺寸的层错作为相变核心。层错形核能和Cohen定义的层错能意义基本上是一致的，即层错存在所引起的层错晶体处的自由焓降低值△Gc、应变能△GE和界面能△Gs值之和。△Gc为负值，△GE、△Gs为正值。当然在各项中都包含了溶质原子固熔的铃木效应。

奥氏体层错能的结点测定法

层错能的测定有许多方法。用电子显微镜测定层错能常用的方法也有两种：扩展位错宽度测量法和结点测定法。前者适用于出现长而直且宽度均匀的扩展位错的合金层错能的测定。对于位错扩展不均匀、出现位错网络的情况，可采用结点测定法测定层错能比较合适。

面心立方晶体中两种a/2[110]型位错发生交互作用，导致扩展结点和收缩结点交替形成。在扩展结点中，不全位错的弯曲被该结点内堆垛层错的表面张力所平衡，因此该结点的曲率半径R是层错能γSF的量度。

堆垛层错能的影响

疲劳裂纹的萌生是和持久滑移带的出现相联系的，而具有高层错能的材料(即扩展位错宽度窄的)比较容易发生交滑移，位错的运动可以通过交滑移的方式而绕过障碍使形变继续进行，因此，能促使持久滑移带的形成，有利于疲劳裂纹的萌生和扩展。具有高层错能的材料的疲劳抗力是比较低的，相反，具有低层错能的材料(即它的扩展位错宽度是比较宽的)，一方面使其位错交滑移难以进行，位错在一个平的滑移面上运动遇到阻力而停止，塑性变形不再集中于此而是均匀分布，因此，不容易过早地出现持久滑移带；另一方面，位错胞也不容易形成，都有利于阻止疲劳裂纹的成核和长大。所以，在某种意义上可以说，疲劳极限是直接正比于位错交滑移的困难程度。

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