晶体塑性变形的位错机制专业知识讲座.ppt

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。 本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不 当之处，请联系本人或网站删除。 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。 k ? 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。 1 b 2 b 1 b 1 b 2 b 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 。 70.5 °位 错塞积最 大应力面 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 。 本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不 当之处，请联系本人或网站删除。 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