[工学]3晶体中的位错的运动.ppt

1.10 位错的运动 位错的易动性 处于1或2处的位错，其两侧原子处于对称状态，作用在位错上的原子互相抵消，位错处于低能量状态 位错滑移时的晶格阻力 派一纳力（τp-N）实质上是指周期点阵中移动单个位错所需的临界切应力 位错运动阻力—派纳力 位错由1→2经过不对称状态，位错必越过一势垒才能前进 派纳力 1）通过位错滑动而使晶体滑移，τp较小 位错运动的其它阻力 1.其它位错应力场的长程内应力作用；位错运动时发生交截，形成割阶、空位、间隙原子、位错反应等 1.10.2 刃型位错的运动 滑移 ：位错线在滑移面上的运动，如图位错线移动到晶体表面时，位错即消失，形成柏氏矢量值大小的滑移台阶 刃型位错的滑移 刃型位错的滑移 刃型位错的滑移 刃型位错的滑移 刃型位错的滑移 刃型位错的滑移 刃型位错线的滑移 位错线的滑移 切应力作用下，位错线沿着位错线与柏氏矢量确定的唯一平面滑移 2．刃型位错的攀移 刃型位错的攀移 攀移 空位和原子的扩散，引起晶体体积变化，叫非守恒（非保守）运动 1.10.3 螺型位错的运动 螺位错无多余半原子面，只能作滑移 螺型位错的运动 螺型位错滑移时周围原子的移动情况 ●代表下层晶面的原子 ○代表上层晶面的原子 螺型位错的运动 ●代表下层晶面的原子；○代表上层晶面的原子 螺型位错的运动 ●代表下层晶面的原子；○代表上层晶面的原子 确定位错运动方向的右手法则 1.10.4 混合位错的滑移过程 混合位错运动 位错环的运动 位错在滑移面上自行封闭形成位错环，位错环的柏氏矢量正好处于滑移面上 符号相反的混合位错在同一切应力作用下滑移方向正好相反 位错环的运动 例题 已知位错环ABCDA的柏氏矢量为b，外应力为τ和σ，如图所示 求： ⑴位错环的各边分别是什么位错？ ⑵如何局部滑移才能得到这个位错环？ ⑶在足够大的剪应力τ作用下，位错环将如何运动？晶体将如何变形？ ⑷在足够大的拉应力σ的作用下，位错环将如何运动？它将变成什么形状？晶体将如何变形？ 解题 ⑴根据前述中的规则，AB是右旋螺位错，CD是左旋螺位错，BC是正刃型位错，DA是负刃型位错 解题 ⑶在剪应力τ作用下位错环上部的晶体将不断沿X轴方向（即b的方向）运动，下部晶体则反向（沿-X轴或-b方向）运动。按照l×v规则，这种运动必然伴随着位错环的各边向环的外侧（即AB、BC、CD和DA四段位错分别沿-z轴、+x轴、+z轴、和-x轴方向运动），从未导致位错环扩大，如图（a）所示 位错运动速度 晶体的宏观塑性变形是通过位错运动来实现的 *柏振海 baizhai@mail.csu.edu.cn 中南大学材料科学与工程学院 材料科学与工程基础 位错的运动 晶体的宏观塑性变形是通过位错运动来实现的 晶体中存在位错时，只需用一个很小的推动力便能使位错发生滑动，从而导致金属的整体滑移，这揭示了金属实际强度和理论强度的巨大差别 金属的许多力学性能与位错运动密切相关 (2-5) b为柏氏矢量；G为切变模量；ν为泊松比；w为位错宽度，它等于a/(1-ν)；a为滑移面的面间距 近似计算式为 此阻力来源于周期排列的晶体点阵 位错移动受到一阻力——点阵阻力，又叫派—纳力（Peirls-Nabarro） 2）τp-N随a值的增大和b值的减小而下降 3）τp-N随位错宽度减小而增大 一般a≈b，v约为0.3，则τp为（10-3~10-4）G，仅为理想晶体的1/100~1/1000 晶体中原子最密排面其面间距a为最大，原子最密排方向其b值为最小，可解释晶体滑移为什么多是沿着晶体中原子密度最大的面和原子密排方向进行 可见强化金属途径：一是建立无位错状态，二是引入大量位错或其它障碍物，使其难以运动 2.其它外来原子阻力，如位错线周围的溶质原子聚集的短程阻力，第二相粒子对位错运动的长程阻力 3.高速运动位错（超过该介质中声速的1/10）还受到其它阻尼 a.热弹性阻尼：高速运动可看成绝热过程，快速压缩导致温升，快速膨胀导致温度降低，温差使机械能转变为热能，引起阻尼 b.辐射阻尼：运动时在势能峰谷间起伏，遇到峰减速，遇到谷加速，周期性的加速、减速散射弹性波，损失能量，带来阻尼 c.声波散射阻尼：运动位错与声波作用，一是位错中心非线性应变区直接散射声子，二是声波在位错线上使位错振荡向外辐射弹性波 刃型位错运动的两种方式：滑移、攀移 τ τ 完整晶体 τ τ 出现位错，产生滑移 τ τ 出现位错，产生滑移 τ τ 出现位错，产生滑移 τ τ 位错滑移出晶体表面，产生滑移台阶 τxy使位错线AB沿－x方向滑移 位错线移动至晶体表面时位错消失，形成一个原子间距的滑移台阶，大小相当于一个柏氏矢量的值 大量位错重复此过程，就在晶体外表面形成肉眼可见的滑移痕迹 位错的滑移不会引起晶体体积的变化（ΔV=0），