晶体塑性变形的位错机制.ppt

晶体塑性变形的位错机制 一、单晶体塑性变形的位错机制（滑移的位错机制） 1.1 由于晶体中存在着位错，晶体的滑移不是晶体的一部分相对另一部分的移动，而是位错在切应力作用下沿滑移面逐步移动的结果。 当一条位错线移动到晶体表面时，会使晶体在表面上留下一个原子间距的滑移台阶，其大小等于柏矢量b. 若有大量的位错重复按此方式滑过晶体，就会在晶体表面形成显微镜下能够观测到的滑移痕迹，这就是滑移线的实质。 晶体在滑移时并不是滑移面上的所有原子一起运动而是位错中心的原子逐一递进，有一个平衡位置移动到另一个平衡位置。 实线PQ表示位错开始位置，而P′Q′表示位错移动了一个原子间距，而位错中心附近的少数原子只做远小于一个原子间距的弹性偏移，而晶体其他区域的原子仍处于正常位置，即位错仅需要一个很小的切应力即可实现，这就是实际滑移的切应力 小于理论切应力τ的原因。 1.2 位错的增殖 随着塑性变形过程的进行，晶体中的位错数目会越来越多，因为晶体中存在着在晶体塑性变形过程中不断增殖位错的位错源。 常见的一种位错增殖机制是弗兰克—瑞德拉位错源机制。 1.3位错的交割与塞积 晶体的滑移实际上是源源不断的位错沿滑移面的运动，在滑移时由于各滑移面相交，因而不同滑移面上运动着的位错必然会相遇，发生相互交割。此外在滑移面上运动着的位错还要与晶体中原有的以不同角度穿过滑移面的位错相互交割。 在上图中可以看到在竖直平面上刃型位错XY的柏氏矢量 ，水平面上的刃型位错AB的柏氏矢量 。 两个柏氏矢量相互垂直，若XY向下运动与AB发生交割，XY扫过的区域，其滑移所在的竖直面两侧的晶体将发生距离为 的相对位移，因此交割后，在位错线AB上产生PP′的台阶，显然PP′的大小和方向取决于 。由于位错的柏氏矢量的守恒性PP′的柏氏矢量仍为 垂直于PP′，因而仍是刃型位错，并不在原位错线的滑移面上，故为割阶，而位错XY由于平行与AB的柏氏矢量交割后不会再XY上形成割阶。 此外，还有忍型位错与螺型位错、螺型位错与螺型位错的交割，其结果都是形成割阶。这一方面增加了位错线的长度，另一方面导致带割阶的位错运动困难，从而成为后续位错运动的障碍。这就是多滑移加工硬化效果较大的原因。 在切应力作用下，弗兰克—瑞德拉位错源所产生的大量的位错沿滑移面运动过程中，如遇到障碍物（固定位错、杂质粒子、晶界等）领先的位错在障碍前被阻止，后续位错被堵塞起来，结果形成位错的平面塞积群，并在障碍物前形成高度的应力集中，这就是位错的塞积。 二、多晶体塑性变形的位错机制 多晶体的塑性变形主要受两个方面的影响，一方面由于晶界的存在使变形晶粒中的位错在晶界处受阻（即形成位错的塞积），每一个晶粒中的滑移带也都终止在晶界附近；另一方面由于各晶粒间存在位向差，为了协调变形要求每一个晶粒必须进行多滑移，而多滑移必然发生位错的相互交割，这两方面将大大提高金属材料的强度。显然晶界越多，即晶粒越细小，则强化效果越显著，而这种用细化晶粒而增加晶界来提高金属强度的方法就成为细晶强化。 多晶体塑性变形的特点： 1.各晶粒塑性变形的不同时性； 2.各晶粒在变形时的相互协调性； 3.塑性变形的不均匀性。 这是因为多晶体塑性变形要受到晶界的阻碍和位向不同晶粒的影响；任何一个晶粒的塑性变形都不是处于独立的自由变形状态，需要周围的晶粒同时发生相应的变形来配合，以保持晶粒间的结合和整个物体的连续性。 多晶体中各晶粒的位向是不同的，各个滑移的方向也是不同的，在外加拉伸应力的作用下，各滑移系上的分切应力很大。 当位向最有利的晶粒发生塑性变形时 ，这就意味着在它的滑移面上的位错源开动，位错不断地在滑移面上向前运动，但周围晶粒的位向不同，滑移系也不同，运动着的位错不能越过晶界，滑移系就不可能发展到另一个晶粒中。位错就会在晶界处形成平面塞积群，这样就会造成很大的应力集中。 在外加应力及已滑移晶粒内位错平面塞积群所造成的应力集中作用下就会有越来越多的晶粒发生塑性变形。 例如下图是双晶粒的拉伸变形，由于在晶界附近的滑移受阻，变形量较小，而晶粒内部的塑性变形较大，整个晶体的变形是不均匀的。所以呈现出竹节状。 下图是由于位错塞积而在晶界处产生的竹节效应 三、合金的塑性变形 根据合金的组织可以将合金分为两类，一是具有以基体金属为基的单相固溶体组织，称为单相固溶体；二是加入的合金元素量超过了它在基体金属中的饱和溶解度，在显微组织中除了以基体组织为基的固溶体