金属物理位错与向错解析.ppt

第五章 位错与向错 刃型位错运动的原子示意图 5.3 位错核心结构 5.4.1 位错间的交互作用力 5.4.2 位错与溶质原子间的交互作用 5.4.3 位错与自由表面的交互作用 5.5 位错的产生和增殖 Cu： the stress tensile axis is [100], the imposed strain rate is 50 per second and the plastic strain reached at the end of this sequence is 0.1 percent 5. 5. 2 位错的增殖 5．6 向错 平行位错间的交互作用最为简单，且各处相同。两平行螺型位错间的互作用力为 同号位错取正值为斥力，反号位错取负值为引力。当位错可自由滑移时．或相互排斥至无穷远，或相互吸引以致合并消失，不存在平衡位置。 注意：螺型位错 两平行刃型位错，当柏格斯矢量同平行于x轴．则所受作用力的滑移力Fx和攀移力Fy分量分别为： 两分量均随?有较复杂的变化。对于同号位错，滑移力Fx仅在?／2和3?／2处为稳定平衡位置，攀移力FY无稳定平衡位置。如果允许位错自由运动，那么它们将通过滑移和攀移运动，最终变为沿x面上下平行排列的组态。对于反号位错，则相互吸引而合并，b1=b2时则互毁。如果两位错的柏格斯矢量相等但相互垂直．则其平衡位置在与其滑移面成45o的晶面内。 deformed steel (40,000X) Ti alloy (51,500X) 两根非平行位错间的作用要复杂得多。由于位错各部分受力不同，允许运动时，空间交截面并不相交的两位错将在接近处附近发生扭曲，直至位错线张力与所受作用力达到平衡为止；相交的两位错在交结点附近扭曲后将趋于平行而发生位错反应，形成新的位错线段，一个结点变为两个三岔结点。 位错与溶质原子之间的交互作用主要来源于溶质原子与基质原子间体积差引发的弹性畸变与位错间的弹性交互作用；在离子晶体中异价溶质原子与带电位错之间还存在电性交互作用，但通常较小。 设想在连续弹性介质中的球形空洞中填入半径略有不同的球体。如果这一过程在位错应力场中进行，则位错应力场将作功，其负值就是两者的交互作用能。参与作功的正应力分量在球体表面造成的流体静压力的平均值为 ，它所引发的球体积变化为4?r3?。由于螺型位错无正应力分量可不予考虑。其中r为正常点阵的原子半径，r’为点缺陷的原子半径，而 。 假定刃型位错位于原点，滑移面角坐标为零．溶质原子位于(R，?)处，则两者的交互作用能为： 易知，当溶质原子大于基质原子，即?＞o时，在刃型位错的压缩区(????0），交互作用能为正值而被排斥．在膨胀区为负值而被吸引，当其可能运动时．终将被吸引至膨胀区内。 为了进一步降低交互作用能．溶质原子将聚集到位错线核心区附近形成所谓的科垂耳气团，其浓度分布可表成 c=coexp(-?U/kBT) 式中，co为溶质原子的平均浓度。如果位错近旁局部区域的浓度超过了溶解限，还将有沉淀物析出，我们说位错被缀饰了。 一个靠近自由表面的位借，其弹性畸变场是不完整的，而当它越发接近表面时，其应力场不断地被表面所切掉，弹性畸变能也不断地下降．这从定性上可以推断存在着一个将位错拉向表面的力。因此，位错与自由表面的交互作用问题类似于电介质中点电荷与表面的交互作用，不妨仿照静电学中的镜像法来处型，自由表面对位错的作用力亦称像力。 像力的大小可以这样近似地估计：设想在表面的另一侧晶内位错的镜像位置上存在一反号位错，如果这时是平行于表面的螺型位错。那么两位错应力场在表面处的作用相等而反号相消，完全满足自由表面应力为零的边界条件，因此位错与自由表面的交互作用便转化为一对异号位错间作用力的问题。 如果位错不与表面平行，或不是纯螺型位错。那么尽管边界条件不能完全满足，但其主要部分是满足的，因而仍可近似地用镜像法来处理。对于与表面平行的位错而言．表面作用于单位长度位错线上的像力应为： l为位错与表面的距离，k是决定于位错类型的常数。这是一个与l大小成反比的吸引力。像力的存在导致接近表面的位错有与自由表面正交的倾向。 人们对熔体生长或水溶液中培育的晶体中位错组态的观察结果证实，位错的确倾向于垂直于生长界面，且随界面形态的变化而改变走向。因此采用凸锥形界面法使位错向周围发散而消失于侧表面，大大降低了晶体中的位错密度，然后改用平界面法使生长条件稳定而获得高完整性高均匀性的晶体材料。 位错与表面的交互作用另外的一面就是露头于表面的位错对晶体生长和晶体解体过程的作用。 垂直地露头于表面的螺型位错在其周围表面造成了一个高度为b的螺旋线形台阶．提供了晶体生长过程中一个永不