柯氏氣團

柯氏氣團發生在BCC和FCC材料中，像鐵一類的金屬具有一些雜質原子如碳，氮之類的。這些雜質原子會引起輕微的晶格畸變，相應的產生一個殘餘應力集中的區域圍繞着這些雜質原子。這些雜質的擴散形成了一定的位錯，直到抵達一個核心區域並趨於穩定。這樣的一段位錯如同一根針深深的插入到原有的晶體結構中。一旦位錯形成針狀，就需要額外的應力來移動，因而在宏觀上形成了屈服強度的上升。之後位錯便可以自由的在晶體內運動，宏觀上看，屈服強度下降。相關的有呂德斯帶。

當晶體中存在缺陷時,克服位錯應力所做功為:W=－P△V=4(1+ν)GbR03εsinθ/3r(1－ν)。這個功也就是點缺陷和位錯的交互作用能。

由此，可以作出以下幾點討論：

（1）如果交互作用能為負值，W＜0，則表示位錯和溶質原子相互吸引；如果為正值，W＞0，則表示位錯和溶質原子相互排斥。

（2）交互作用能W ∝ r -1 ,即距離位錯中心越近，|W|越大。但是r不能小於位錯寬度，否則無意義。

（3）如果ε＞0，表示溶入的溶質原子引起體積膨脹，使交互作用能增加，表示溶質原子和位錯相互排斥。對於正刃型位錯而言，點缺陷所處的位置不同情況不一樣。若π＞θ＞0,即溶質原子位於正刃型位錯上方，則W＞0，位錯和溶質原子相互排斥。若π＜θ＜2π，即溶質原子位於正刃型位錯下方，W＜0，位錯和溶質原子相互吸引。所以，對於半徑大的置換溶質原子，一定是位於位錯受膨脹部分才比較穩定。

（4）如果ε＜0，表示溶質原子溶入後晶體體積收縮，對正刃型位錯而言，若π＞θ＞0,溶質原子位於位錯上方的受壓縮部分，W＜0，即意味着在刃型位錯壓縮區將吸引比溶質原子尺寸小的溶質原子。通常把圍繞位錯而形成的溶質原子聚集物，稱為“柯氏氣團”，它可以阻礙位錯運動，產生固溶強化效應。

類似“柯氏氣團”，還有“史氏氣團”也產生固溶強化效應。另外“鈴木氣團”也產生相對較弱的固溶強化效應。

“柯氏氣團”的概念最早由Cottrell提出。間隙式或者置換式溶質原子在刃型位錯彈性交互作用時，交互能為負的情況下，溶質在基體中不會形成均勻分佈（當然是指在位錯應力場範圍內），它們要偏聚到位錯周圍，形成所謂“柯氏氣團”。此時，位錯如果要運動就必須從氣團中掙脱出來或者拖着氣團一起運動。於是產生了較強的固溶強化效應。

“

”即“Snoek氣團”。當間隙溶質原子在體心立方晶體中產生非對稱畸變時，它既和刃型位錯也和螺型位錯發生交互作用。C、N原子和α－Fe中的螺型位錯交互作用形成的氣團，即為“史氏氣團”。“史氏氣團”比“柯氏氣團”容易在鋼鐵材料中形成，但它的運動阻力和“柯氏氣團”差不多。實際上，我們通常説的C（N）原子在α－Fe中形成氣團，即包括這兩種形式。只是從與位錯的交互作用分析，我們將它們人為地分開了。氣團理論由Cotrell提出，既包括了柯氏氣團，也包括史氏氣團。

“鈴木氣團”與“柯氏氣團”有所不同。在面心立方金屬中，全位錯帶常可以分解為兩個肖克萊位錯，中間夾以層錯區。在層錯區原子的錯排構成兩個原子層厚的hcp結構。溶質原子在基體中與在層錯中的分佈是不同的。溶質原子在層錯區的偏聚可以降低層錯能。如果擴展位錯從富集溶質的層錯中運動出來，將使系統自由能升高，外力必須克服阻力作功。溶質原子在層錯中的偏聚即稱為“鈴木氣團”。“鈴木氣團”是首先由Suzuki（鈴木）提出來的。因為鈴木氣團不像柯氏氣團那樣產生點陣畸變，因此鈴木氣團不屬於彈性交互作用，而被認為是一種化學的交互作用。鈴木氣團的阻力比較小，只有柯氏氣團的1/10。[3]

假如溶質原子不是偏聚到位錯周圍，或者不是作有序分佈，也就不形成上述的幾種氣團，而是以單個原子或原子團的形式無規則地在基體中分佈，位錯在基體中運動，也會產生交互作用。此時引起均勻固溶強化。[3]