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材料科学基础 第三章 晶体缺陷00PPT课件
对于在滑移面上运动的位错来说,穿过此滑移面的其它位错称为林位错。林位错会阻碍位错的运动,但是若应力足够大,滑动的位错将切过林位错继续前进。位错互相切割的过程称为位错交割或位错交截。 一般情况下,两个位错交割时,每个位错上都要新产生一小段位错,它们的伯氏矢量与携带它们的位错相同,它们的大小与方向决定于另一位错的伯氏矢量。 当交割产生的小段位错垂直于所属位错的滑移面上时,则称为位错割阶,如果小段位错位于所属位错的滑移面上,则相当于位错扭折。 3.位错运动的交割 刃型位错的割阶部分仍为刃型位错,而扭折部分则为 螺型位错;螺型位错中的扭折和割阶线段均属于刃型 位错。 (1) 两个伯氏矢量互相垂直的刃型位错交割 图 两个柏氏矢量互相垂直刃型位错交割 位错割阶 刃型位错 (2) 两个伯氏矢量互相平行的刃型位错交割 图 两个柏氏矢量互相平行刃型位错交割 位错扭折 螺型位错 位错扭折 螺型位错 两根互相垂直的刃型位错的交割 (伯氏矢量互相平行) 两根互相垂直的刃型位错的交割 (伯氏矢量互相垂直) (3) 刃型位错与螺型位错的交割 图 刃型位错与螺型位错的交割 位错割阶 刃型位错 位错扭折 刃型位错 图 刃型位错与螺型位错的交割 (4) 螺型位错与螺型位错的交割 图 螺型位错与螺型位错的交割 位错割阶 刃型位错 位错扭折 刃型位错 §3.2.3 位错的弹性性质 位错的弹性性质是位错理论的核心与基础。它考虑的是位错在晶体中引起的畸变的分布及其能量变化。处理位错的弹性性质的方法,主要有:连续介质方法、点阵离散方法等。从理论发展和效果来看,连续介质模型发展得较成熟。 位错在晶体中的存在使其周围原子偏离平衡位置而导致点阵畸变和弹性应力场的产生。 在讨论位错的弹性应力场的基础上,可推算出位错所具有的能量、位错的作用力、位错与晶体其它缺陷间交互作用等问题。 1.位错的应力场 图 位错的连续介质模型 (a)螺位错(b)刃位错 螺型位错周围只有一个切应变:γθz=b/2πr 相应的各应力分量分别为 用直角坐标表示 (1)螺位错的应力场 螺位错的应力场的特点: 只有切应力分量,正应力分量全为零,这表明螺型位错不引起晶体的膨胀和收缩。 螺型位错所产生的切应力分量只与r有关(成反比),而与θ,z 无关。只要r一定,τθz就为常数。因此,螺型位错的应力场是轴对称的,即与位错等距离的各处,其切应力值相等,并随着与位错距离的增大,应力值减小。 r→0时,τθz→∞,显然与实际情况不符,这说明上述结果不适用位错中心的严重畸变区。 (2)刃位错的应力场 图 刃位错周围的应力场 刃位错的应力场的特点: 同时存在正应力分量与切应力分量,而且各应力分量的大小与G和b成正比,与r成反比。 各应力分量都是x,y的函数,而与z无关。这表明在平行与位错的直线上,任一点的应力均相同。 在滑移面上,没有正应力,只有切应力,而且切应力τxy 达到极大值。 正刃型位错的位错滑移面上侧为压应力,滑移面下侧为拉应力。 x=±y时,σyy,τxy均为零,说明在直角坐标的两条对角线处,只有σxx。 位错周围点阵畸变引起弹性应力场导致晶体能量增加,这部分能量称为位错的应变能或位错能 。 与位错的畸变相对应,位错的能量也可分为两部分:一是位错中心畸变能;二是位错中心以外的能量即弹性应变能。 根据点阵模型对位错中心能量的估算得:弹性应变能占总能量的90%,所以位错中心畸变能常忽略不计,而弹性应变能可采用连续介质弹性模型根据单位长度位错所做的功求得。 2.位错的应变能 位错的应变能与b2成正比,b越小,位错能量越低,在晶体中越稳定。为使位错具有最低能量,伯氏矢量都趋向于取密排方向的最小值。 当r0趋于零时,应变能将无穷大,这正好说明用连续介质模型导出的公式在位错中心区已不适用。 外力作用在晶体上时,晶体中的位错将沿其法线方向运动,通过位错运动产生塑性变形。 为了研究问题的方便,把位错线假设为物质实体线,把位错的滑移运动看作是受一个垂直于位错线的法向力作用的结果,并把这个法向力称为作用在位错上的力。 它是虚设的、驱使位错滑移的力,它必然与位错线运动方向一致,即处处与位错线垂直,指向未滑移区。 根据虚功原理,切应力使晶体滑移所做的功应与法向“力”推动位错滑移所做的功相等。 3. 作用在位错上的力 图 作用在位错线上的力 位错的总能量与位错线的长度成正比,因此为降低能量,位错线有缩短变直的倾向。故在位错线上存在一种使其变直的线张力T。这个线张力在数值上等于位错应变能。 图 位错的线张力 4. 位错线张力 (1)两根平行螺位错的交互作用 图 平行螺型位错的相互作用 5. 位错之间的相互作用力 晶体中所含位错的多少可用位错密度来表示。位错密度定义为单位体积晶体中所含位错线的总长度,其
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