積層欠陥エネルギー

合金元素の添加により、ほとんどの金属の積層欠陥エネルギー（SFE）が大幅に低下することは、以前から確立されています。^{[ 4 ]}どの元素をどれだけ添加するかによって、材料のSFEは大きく変化します。右側の図は、亜鉛とアルミニウムという2種類の合金元素を添加すると銅のSFEがどのように低下​​するかを示しています。どちらの場合も、合金含有量が増加するにつれて真鍮のSFEは低下します。ただし、Cu-Al合金のSFEはより速く低下し、より低い最小値に達します。

材料の SFE に大きな影響を与え、合金の含有量と密接に関係しているもう 1 つの要因は、e/a 比、つまり価電子と原子の比です。ソーントン^{[ 10 ]}は 1962 年に、いくつかの Cu ベース合金の e/a 比と SFE の関係をプロットすることでこれを示しました。彼は、合金元素が変わっても、価電子と原子の比が積層欠陥エネルギーの良い予測因子であることを発見しました。これは右側のグラフを直接裏付けています。亜鉛はより重い元素で、価電子は 2 つしかありませんが、アルミニウムはより軽く、価電子は 3 つあります。したがって、アルミニウムの各重量パーセントは、亜鉛よりも Cu ベース合金の SFE にずっと大きな影響を与えます。

高SFE材料は、完全転位のすべりによって変形します。積層欠陥がないため、らせん転位はクロススリップする可能性があります。スモールマンは、アルミニウムのような高SFE材料では低応力下でクロススリップが発生することを発見しました（1964）。クロススリップにより、大きな歪みを受けるために必要な活性すべり系が他に3つだけとなるため、金属は延性が向上します。 ^{[ 12 ] [ 13 ]}これは、結晶が理想的な方向に配向していない場合でも当てはまります。

したがって、高SFE材料は、クロススリップによる大きな変形に対応するために配向を変える必要はありません。変形中に結晶粒が移動すると、ある程度の再配向とテクスチャの発達が発生します。大きな変形による広範囲のクロススリップは、結晶粒の回転も引き起こします。^{[ 14 ]}ただし、高SFE材料におけるこの結晶粒の再配向は、低SFE材料に比べてはるかに少ないです。

SFEが低い材料は双晶を形成し、部分転位を生成する。らせん転位の代わりに部分転位が形成される。存在するらせん転位は、高応力下でも積層欠陥を越えて交差すべりすることができない。^{[ 14 ]}交差すべりがないため、大きな変形が発生するには、5つ以上のすべり系が活性化している必要がある。<111>方向と<100>方向の両方について、それぞれ6つと8つの異なるすべり系がある。これらの方向のいずれかの近くに荷重が加えられない場合、5つのすべり系が活性化する可能性がある。この場合、大きなひずみを吸収するために他のメカニズムも必要となる。

SFEが低い材料も、歪みを受けると双晶を形成します。変形双晶が通常のせん断変形と組み合わさると、結晶粒は最終的に、より好ましい方向に整列します。^{[ 12 ] [ 15 ]}多くの異なる結晶粒が整列すると、非常に異方性のテクスチャが生成されます。