一说到建国，我就想到 1949 年由伯明翰大学的两位科学家，Cottrell 和 Bilby，提出的钢铁发生塑性形变时的屈服原理和加工硬化的神预测，而该预测直到 1985 年才由牛津大学的 Chang 在其博士毕业论文中验证。绵延数十年的争论终于尘埃落定，而两位大神的预测，为现代钢铁工业的发展做出了无法估量的贡献。下面简单介绍一下这个理论。

对于金属材料来说，如果对其施加作用力，材料会发生形变，下图是典型的塑性材料应力应变曲线。

不难发现，材料最初要经历一段弹性形变，这时的应力和应变是一种线性关系，符合胡克定律；然而当材料进一步形变时，材料会发生屈服（yield），在之后的形变过程中，如果撤销作用力，材料的塑性形变部分是不会恢复到初始状态的，这也就意味着，如果金属部件发生塑性形变，那么其后果将是永久的，不可逆的。当然，我们不希望汽车开着开着轮子就飞出来了，或者飞机不知道什么时候发动机叶片就断了。于是乎，提高材料强度，使其能够承受的作用力提高，成为了现代工业的重中之重。

而钢铁，作为最为广泛使用的金属材料，尤其重视强度的提高。以往人们发现纯铁实在是太软了，根本硬不起来啊！但在冶炼过程中加入碳则能够提高其强度，这就是传说中的钢，但碳的增强原理一直无法详细解释。直到 1949 年，在我们伟大祖国成立的同时，Cottrell 和 Bilby 提出，碳原子在钢中的分布并不是均匀的，而且，其大量聚集在位错周围，形成类似“碳气团”而锁住位错，当材料发生屈服时，位错突破这层气团发生滑移从而产生塑性形变。而这层“碳气团”，之后便被命名为 Cottrell atmosphere。其中需要解释的是，位错是一种材料缺陷，导致晶格畸变，也是材料发生塑性形变的罪魁祸首（之前虽然强调位错在材料加工阶段的重要性，但在材料服役阶段，我们还是希望材料保持起码的稳定性），而这种晶格畸变产生的应力场会吸引尺寸娇小的碳原子来到位错周围，这也就是形成 Cottrell atmosphere 的根本原因。所以，要移动这个被碳原子层层包裹着的位错，需要更大的作用力，也就意味着材料变得更强。但是限于当时表征技术的限制，这个假说仅限于理论计算，没有人亲眼见过碳原子在位错周围的分布，而直到 1983 年，原子探针断层摄像技术（APT）的发明，才让我们有幸一睹 Cottrell atmosphere 的芳容。

可以看到，红色标识的碳原子密集地聚集在一条线缺陷（位错）的中心，而随着离位错中心的位置越来越远，碳原子逐渐变得稀松，这和 Cottrell 和 Bilby 的计算完全吻合。之后对其他材料的 APT 实验也验证了 Cottrell atmosphere 的存在。

作为对人类现代工业最重要的金属材料，钢在很长一段时间都将是科研的重点，而 Cottrell atmosphere 的提出，不仅仅是修改教科书这样的作用，它或许使很多关键技术的突破，提前了几十年也未可知。