晶體缺陷及金屬強度【3】全

1、 古一 2022-5-1第三章第三章 晶體中的位錯晶體中的位錯n 一、位錯理論發(fā)展簡介一、位錯理論發(fā)展簡介n位錯：晶體中某處一列或若干列原子有規(guī)律的錯排。n意義：對材料的力學行為如塑性變形、強度、斷裂等起著決定性的作用，對材料的擴散、相變過程有較大影響。n位錯的提出：1926年，弗蘭克爾發(fā)現(xiàn)理論晶體模型剛性切變強度與實測臨界切應力的巨大差異（24個數(shù)量級）。n1934年，泰勒、波朗依、奧羅萬幾乎同時提出位錯的概念。n1939年，柏格斯提出用柏氏矢量表征位錯。n1947年，柯垂耳提出溶質原子與位錯的交互作用。n1950年，弗蘭克和瑞德同時提出位錯增殖機制。n之后，用TEM直接觀察到了晶體中的位錯

2、。第一節(jié)第一節(jié) 位錯概念的引入位錯概念的引入 古一 2022-5-1第三章第三章 晶體中的位錯晶體中的位錯n 1 1、位錯的基本類型、位錯的基本類型n（1 1）刃型位錯）刃型位錯刃型位錯可以想像為在晶體內(nèi)有一原子平面中斷于晶體內(nèi)部，這個原子平面中斷處的邊沿及其周圍區(qū)域就是一個刃型位錯中斷處的邊沿猶如在晶體中插入一把刀刃，故稱之為“刃型位錯”，而在刃口處的原子列定義為“刃型位錯線”n正刃型位錯:半原子面位于某晶面的上半部位置的稱為正刃型位錯，以記號“”表示n負刃型位錯：半原子面位于某晶面下半部的稱為負刃型位錯，以“T”表示第二節(jié)第二節(jié) 位錯的幾何性質位錯的幾何性質 古一 2022-5-1刃位錯結

3、構示意圖含有刃型位錯的晶體結構示意圖 古一 2022-5-1刃型位錯線周圍的彈性畸變n位錯周圍點陣畸變是對稱的，位錯中心受到的畸變度最大，隨著與中心距離的增加，畸變程度逐漸減小n一般把點陣畸變程度大于正常原子間距1/4的區(qū)域寬度定義為位錯寬度，其值約為25個原子間距n位錯線長度有數(shù)百個到數(shù)萬個原子間距，與位錯長度相比，位錯寬度顯得非常小，所以把位錯看作是線缺陷 刃型位錯線周圍的原子不同程度地偏離了平衡位置，致使周圍點陣發(fā)生了彈性畸變。正刃型位錯而言，晶面上部原子顯得擁擠，受到壓應力，而晶面下部原子顯得稀疏，受到拉應力 古一 2022-5-1位錯形成n可能是在晶體形成過程（凝固或冷卻）中產(chǎn)生的n

4、晶體在塑性變形時也會產(chǎn)生大量的刃型位錯力（F）作用在晶體的右上角，促使右上角的上半部晶體沿著滑移面向左作局部移動，使原子列移動了一個原子間距，其滑移量用矢量表示，從而形成一個刃型位錯從滑移這個角度來看，可以把位錯定義為晶體中已滑移區(qū)域和未滑移區(qū)域的邊界晶體中的位錯作為滑移區(qū)的邊界，就不可能中斷于晶體內(nèi)部，它們或者中止于表面，或者中止于晶界和相界，或者與其它位錯線相交，或者自行在晶體內(nèi)形成一個封閉環(huán) 古一 2022-5-1晶體局部滑移形成刃型位錯 原子完整排列受切應力作用原子面移動出現(xiàn)多余半原子面 古一 2022-5-1晶體中的純?nèi)行臀诲e環(huán) 刃型位錯不一定是直線，可以是折線或曲線，EFGH就是一

5、個位錯環(huán)，這個位錯環(huán)是由于晶體中多了一片EFGH的原子層所造成的。這種位錯環(huán)多是由于空位集團崩塌而形成的 古一 2022-5-1幾種不規(guī)則的刃型位錯 古一 2022-5-1刃型位錯特征（1）刃型位錯是由一個多余半原子平面所形成的線缺陷，位錯寬度，25個原子間距，位錯是一管道（4）晶體中產(chǎn)生刃型位錯時，其周圍點陣產(chǎn)生彈性畸變，既有正應變，又有切應變，使晶體處于受力狀態(tài)，就正刃型位錯而言，滑移面上方原子受到壓應力，下方原子受到拉應力負刃型位錯則剛好相反 （2）位錯滑移矢量b垂直于位錯線，位錯線和滑移矢量構成滑移的唯一平面即滑移面（3）刃位錯不一定是直線，形狀可以是直線，折線和曲線，位錯環(huán) 古一 2

6、022-5-1（2 2） 螺型位錯螺型位錯 n假定在一塊簡單立方晶體中，沿某一晶面切一刀縫，貫穿于晶體右側至BC處，然后在晶體的右側上部施加一切應力，使右端上下兩部分晶體相對滑移一個原子間距，由于BC線左邊晶體未發(fā)生滑移，于是出現(xiàn)了已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界BCn經(jīng)過這樣操作后使右側晶體上下兩部分發(fā)生晶格扭動，從俯視角度看，在滑移區(qū)上下兩層原子發(fā)生了錯動，晶體點陣畸變最嚴重的區(qū)域內(nèi)的兩層原子平面變成螺旋面?；儏^(qū)的尺寸與長度相比小得多，在這畸變區(qū)范圍內(nèi)稱為螺型位錯，已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交線BC則稱之為螺型位錯線 古一 2022-5-1螺型位錯螺型位錯螺型位錯模型 古一 2022-5-1bABCD

7、ABCDADScrew dislocationMacroscopic mode ADADADbBCMicroscopic mode 古一 2022-5-1螺型位錯分類n按照螺旋面前進的方向與螺旋面旋轉方向的關系可分為左、右螺型位錯，符合右手定則（即右手拇指代表螺旋面前進方向，其它四指代表螺旋面旋轉方向）的稱為右螺型位錯，符合左手定則的稱為左螺型位錯螺型位錯與刃型位錯的主要區(qū)別在于螺型位錯線與滑移矢量平行，螺型位錯受力時只存在平行于位錯線的切應力，而無正應力，并且位錯線移動方向與滑動方向相垂直 古一 2022-5-1螺型位錯螺型位錯特征： 1）螺型位錯無額外半原子面，原子錯排呈軸對稱 2）螺型位

8、錯與滑移矢量平行，故一定是直線 3）包含螺位錯的面必然包含滑移矢量，故螺位錯可以有無窮個滑移面，但實際上滑移通常是在原子密排面上進行，故有限 4）螺位錯周圍的點陣也發(fā)生了彈性畸變，但只有平行于位錯線的切應變，無正應變（在垂直于位錯線的平面投影上，看不出缺陷） 5）位錯線的移動方向與晶塊滑移方向、應力矢量互相垂直 古一 2022-5-1（3 ） 混合位錯混合位錯 位錯線上任一點的滑移矢量相同，但位錯線與滑移矢量兩者方向夾角呈任意角度晶體右上角在外力F作用下發(fā)生切變，在滑移面ABC范圍內(nèi)原子發(fā)生了位移，其滑移矢量用b表示,弧線AC即是位錯線，為已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界，與滑移矢量成任意角度，它是晶

9、體中較常見的一種位錯混合位錯的形成 古一 2022-5-1混合位錯 在AC位錯線中，靠近A端的位錯線段平行于滑移矢量，屬于純螺型位錯；靠近C端的位錯線段垂直于滑移矢量，屬于純?nèi)行臀诲e，其余部分線段與滑移矢量成任意角度，均屬混合位錯，但每一段位錯線均可分解為刃型和螺型兩個分量混合位錯原子組態(tài) 古一 2022-5-1混合位錯 古一 2022-5-12 2、 柏氏矢量柏氏矢量 柏氏矢量是描述位錯性質的一個重要物理量，表示位錯區(qū)原子的畸變特征，包括畸變的位置和畸變的程度，這個物理量是矢量 1939年Burgers提出，故稱該矢量為“柏格斯矢量”或“柏氏矢量” 用b 表示 古一 2022-5-1柏氏矢量

10、的確定方法柏氏矢量的確定方法1）人為假定位錯線方向，一般是從紙背向紙面或由上向下為位錯線正向 2）用右手螺旋法則來確定柏格斯回路的旋轉方向，使位錯線的正向與右螺旋的正向一致 3）將含有位錯的實際晶體和理想的完整晶體相比較 在實際晶體中作一柏氏回路，在完整晶體中按其相同的路線和步法作回路，自路線終點向起點的矢量，即“柏氏矢量” 古一 2022-5-1刃型位錯的柏氏回路與柏氏矢量 刃型位錯的柏氏回路和柏氏矢量(a)含有位錯的晶體；(b)供比較用的理想晶體 古一 2022-5-1確定刃型位錯的右手法則 古一 2022-5-1螺型位錯的柏氏回路和柏氏矢量螺型位錯的柏氏回路和柏氏矢量 古一 2022-5

11、-1 從柏氏矢量和位錯線之間取向關系確定位錯類型n(1) 刃型位錯：柏氏矢量與位錯線相垂直n(2) 螺型位錯：柏氏矢量與位錯線相平行，柏氏矢量與位錯線同向的則為右螺型位錯，柏氏矢量與位錯線反向的則為左螺型位錯n(3) 混合位錯：柏氏矢量與位錯線成任意角度位錯線與柏氏矢量的位向關系區(qū)分位錯的類型和性質 古一 2022-5-1混合位錯的柏氏矢量 古一 2022-5-11） 表征位錯線的性質據(jù)b與位錯線的取向關系可確定位錯線性質 2）b表征了總畸變的積累圍繞一根位錯線的柏氏回路任意擴大或移動，回路中包含的點陣畸變量的總累和不變，因而由這種畸變總量所確定的柏氏矢量也不改變。3）b表征了位錯強度 同一晶

12、體中b大的位錯具有嚴重的點陣畸變，能量高且不穩(wěn)定 位錯的許多性質，如位錯的能量，應力場，位錯受力等，都與b有關 柏氏矢量柏氏矢量b的物理意義的物理意義 古一 2022-5-1n位錯是滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界，位錯的畸變是由滑移面上局部滑移引起的，所以滑移區(qū)上滑移的大小和方向應與位錯線上原子畸變特征是一致的，這樣，柏氏矢量的另一個重要意義是指出了位錯滑移后，晶體上、下部分產(chǎn)生相對位移的方向和大小，即滑移矢量。對于刃型位錯，滑移區(qū)的滑移方向正好垂直于位錯線，滑移量為一個原子間距，而螺型位錯的滑移方向則平行于位錯線，滑移量也是一個原子間距，它們正好和柏氏矢量完全一致。柏氏矢量的這一特征為討論塑性變形提

13、供了方便，對于任意位錯，不管其形狀如何，只要知道它的柏氏矢量，就得知晶體滑移的方向和大小，而不必從原子尺度考慮其運動細節(jié) 柏氏矢量柏氏矢量b的物理意義的物理意義 古一 2022-5-11）柏氏矢量與回路起點選擇無關，也與柏氏回路的具體路徑，大小無關一條位錯線只有一個柏氏矢量 2）幾根位錯相遇于一點，其方向朝著節(jié)點的各位錯線的柏氏矢量 b之和等于離開節(jié)點之和。如有幾根位錯線的方向均指向或離開節(jié)點，則這些位錯線的柏氏矢量之和值為零3柏氏矢量特征 古一 2022-5-1三位錯線相遇于一點 古一 2022-5-1位錯密度位錯密度計算示意圖 古一 2022-5-1位錯的密度單位體積內(nèi)位錯線的總長度=L/

14、s=N/s(單位面積位錯露頭數(shù))s =（當位錯線全部平行時）2s =（當位錯線方向任意時） 退火良好的金屬晶體，=106108m-2,劇烈冷加工金屬=10101012m-2，細心制備和處理的半導體材料，約為106m-2,甚至為0 古一 2022-5-1（4 4） 位錯的運動位錯的運動 晶體的宏觀塑性變形是通過位錯運動來實現(xiàn)的 當晶體中存在位錯時，只需用一個很小的推動力便能使位錯發(fā)生滑動，從而導致金屬的整體滑移，這揭示了金屬實際強度和理論強度的巨大差別 金屬的許多力學性能均與位錯運動密切相關 古一 2022-5-1位錯的易動性處于1或2處的位錯，其兩側原子處于對稱狀態(tài)，作用在位錯上的原子力互相抵

15、消，位錯處于低能量狀態(tài) 古一 2022-5-1位錯由12經(jīng)過不對稱狀態(tài)，位錯必越過一勢壘才能前進。位錯移動受到一阻力點陣阻力，又叫派納力（Peirls-Nabarro），此阻力來源于周期排列的晶體點陣。位錯運動阻力派納力 古一 2022-5-1位錯滑移時的晶格阻力位錯滑移時的晶格阻力n派一納力（p-N）實質上是指周期點陣中移動單個位錯所需的臨界切應力，其近似計算式為：n (2-5) 式中：b為柏氏矢量；G為切變模量；為泊松比；w為位錯寬度，它等于a/(1-)；a為滑移面的面間距2222expexp111pGwGavbvv b 古一 2022-5-1 1）通過位錯滑動而使晶體滑移，p 較小一般a

16、b，v約為0.3，則p為（10- 310- 4）G，僅為理想晶體的1/1001/1000。 2）p-N隨a值的增大和b值的減小而下降，在晶體中，原子最密排面其面間距a為最大，原子最密排方向其b值為最小，可解釋晶體滑移為什么多是沿著晶體中原子密度最大的面和原子密排方向進行 3）p-N隨位錯寬度減小而增大 可見總體上強化金屬途徑：一是建立無位錯狀態(tài)，二是引入大量位錯或其它障礙物，使其難以運動派納力 古一 2022-5-1位錯運動的其它阻力n除了派納力之外，還有其它阻力n1.其它位錯應力場的長程內(nèi)應力作用；位錯運動時發(fā)生交截，形成割階、空位、間隙原子、位錯反應等n2.其它外來原子阻力，如位錯線周圍的

17、溶質原子聚集的短程阻力，第二相粒子對位錯運動的長程阻力n3.高速運動位錯（超過該介質中聲速的1/10）還受到其它阻尼na.熱彈性阻尼：高速運動可看成絕熱過程，一邊快速壓縮導致溫升，一邊快速膨脹導致溫度降低，溫差使機械能轉變?yōu)闊崮?，引起阻尼nb.輻射阻尼：運動時在勢能峰谷間起伏，遇到峰減速，遇到谷加速，周期性的加速、減速散射彈性波，損失能量，帶來阻尼nc.聲波散射阻尼：運動位錯與聲波作用，一是位錯中心非線性應變區(qū)直接散射聲子，二是聲波在位錯線上使位錯振蕩向外輻射彈性波 古一 2022-5-1（一）（一） 刃型位錯的運動刃型位錯的運動1、滑移 ：位錯線在滑移面上的運動，如右圖，位錯線移動到晶體表面

18、時，位錯即消失，形成柏氏矢量值大小的滑移臺階刃型位錯運動的兩種方式：滑移、攀移 古一 2022-5-1刃型位錯的滑移刃型位錯的滑移 古一 2022-5-1位錯線的滑移刃型位錯的滑移 古一 2022-5-1位錯線的滑移n刃位錯滑移發(fā)生的條件：只有受到作用在滑移面兩邊，在柏氏矢量方向有分量的切應力作用時才可能發(fā)生滑移運動n位錯的滑移不會引起晶體體積的變化（V=0），所以這種運動稱為保守運動或守恒運動 古一 2022-5-12刃型位錯的攀移攀移-刃型位錯在垂直于滑移面方向的運動 攀移的本質是刃型位錯的半原子面向上或向下運動，于是位錯線亦向上或向下運動通常把半原子面向上移動稱為正攀移，半原子面向下移動

19、稱為負攀移。攀移的機理與滑移不同，它是通過原子的擴散來實現(xiàn)的 空位擴散至半原子面的邊緣形成割階，隨著空位擴散的繼續(xù)，當原始位錯線被空位全部占據(jù)時，原始位錯線向上移動了一個原子間距，即刃型位錯發(fā)生正攀移，同理，原子擴散至刃型位錯半原子面的下方，使整條位錯線下移了一個原子間距，位錯發(fā)生了負攀移 古一 2022-5-1刃型位錯的攀移位錯的正攀移過程 古一 2022-5-1空位和原子的擴散，引起晶體體積變化，叫非守恒（非保守）運動 。（保守攀移P41)攀移發(fā)生的條件：攀移發(fā)生的條件：只有作用在多余半原子面上的正應力才能使晶體體積發(fā)生改變，從而引起刃型位錯的攀移。影響攀移因素：影響攀移因素：溫度溫度升高

20、，原子擴散能力增大，攀移易于進行 正應力垂直于額外半原子面的壓應力，促進正攀移，拉應力，促進負攀移攀移攀移 古一 2022-5-1（二）（二） 螺型位錯的運動螺型位錯的運動螺位錯無多余半原子面，只能作滑移 在切應力作用下，位錯線沿著與切應力方向相垂直的方向運動，直至消失在晶體表面，只留下一個柏氏矢量大小的臺階螺位錯發(fā)生滑移的條件：螺位錯發(fā)生滑移的條件：作用在位錯線滑移面的兩邊，在柏氏矢量方向有分量的切應力才能使螺位錯線在滑移面上運動。對螺型位錯的滑移而言，它沒有一個固定的滑移面，螺型位錯的滑移面是一系列以位錯線為共同轉軸的滑移面，所以螺型位錯不象刃型位錯那樣具有確定的滑移面，理論上它可以在所有

21、包含位錯線的平面進行滑移 古一 2022-5-1 螺位錯在一個滑移面上遇到障礙物以后，還可以轉移到另外一個與之相交的滑移面上滑移，稱之為交滑移。這是螺位錯一種獨特的、也是很重要的運動方式。交滑移反復進行后，就會出現(xiàn)所謂的波浪形的滑移線。 古一 2022-5-1螺型位錯的運動螺型位錯的運動螺型位錯滑移時周圍原子的移動情況代表下層晶面的原子，代表上層晶面的原子原位錯線處在1-1處，在切應力作用下，位錯線周圍的原子作小量的位移，移動到虛線所標志的位置，即位錯線移動到2-2處，表示位錯線向左移動了一個原子間距，反映在晶體表面上即產(chǎn)生了一個臺階。它與刃型位錯一樣，由于原子移動量很小，所以，它移動所需的力

22、也是很小的 古一 2022-5-1（三）確定位錯運動方向的右手法則(P43) 古一 2022-5-1（四）混合位錯的運動（四）混合位錯的運動 混合位錯是刃型位錯和螺型位錯的混合型，其運動亦是兩者的組合 古一 2022-5-1混合位錯的滑移過程1點為純螺型位錯，2點為純?nèi)行臀诲e，12表示混合位錯。在外力作用下滑移區(qū)不斷擴大，當12位錯線在滑移面上滑出晶體后，使上下兩塊晶體沿柏氏矢量方向移動了一個原子間距，形成了一個滑移臺階 古一 2022-5-1混合位錯運動 古一 2022-5-1n位錯在滑移面上自行封閉形成位錯環(huán)，位錯環(huán)的柏氏矢量正好處于滑移面上n符號相反的混合位錯在同一切應力作用下滑移方向正

23、好相反n混合位錯包含螺型位錯，所以只能滑移，不能攀移。混合位錯運動 古一 2022-5-1位錯環(huán)的運動位錯環(huán)的運動方向是沿法線方向向外擴展 當位錯環(huán)逐漸擴大而離開晶體時，晶體上、下部相對滑動一個臺階，其方向和大小與柏氏矢量相同 位錯環(huán)也可能反向運動而逐步縮小至位錯環(huán)消失，這取決于切應力的方向 古一 2022-5-1例題已知位錯環(huán)ABCDA的柏氏矢量為b，外應力為和，如圖4-19所示。求：位錯環(huán)的各邊分別是什么位錯？如何局部滑移才能得到這個位錯環(huán)？在足夠大的剪應力作用下，位錯環(huán)將如何運動？晶體將如何變形？在足夠大的拉應力的作用下，位錯環(huán)將如何運動？它將變成什么形狀？晶體將如何變形？ 古一 202

24、2-5-1根據(jù)前述中的規(guī)則，AB是右旋螺位錯，CD是左旋螺位錯，BC是正刃型位錯，DA是負刃型位錯。 設想在完整晶體中有一個貫穿晶體的上、下表面的正四棱柱，它和滑移面MNPQ交于ABCDA?，F(xiàn)讓ABCDA上部的柱體相對于下部的柱體滑移b，柱體外的各部分晶體均不滑移。這樣，ABCDA就是在滑移面上已滑移區(qū)（環(huán)內(nèi)）和未滑移區(qū)（環(huán)外）的邊界，因而是一個位錯環(huán)解題 古一 2022-5-1在剪應力作用下位錯環(huán)上部的晶體將不斷沿X軸方向（即b的方向）運動，下部晶體則反向（沿-X軸或-b方向）運動。按照右手規(guī)則，這種運動必然伴隨著位錯環(huán)的各邊向環(huán)的外側（即AB、BC、CD和DA四段位錯分別沿-z軸、+x軸、

25、+z軸、和-x軸方向運動），從而導致位錯環(huán)擴大，如圖（a）所示在拉應力作用下，在滑移面上方的BC位錯的半原子面和在滑移面下方的DA位錯的半原子面都將擴大，因而BC位錯將沿-Y軸方向運動。但AB和CD兩條螺型位錯是不動的，因為螺型位錯只有在剪切應力的作用下滑移。位錯環(huán)就變成圖（b）中的情況 解題 古一 2022-5-13 3位錯的交截與割階位錯的交截與割階 在滑移面上運動的某一位錯，必與穿過此滑移面上的其它位錯（稱為“位錯林”）相交截，該過程即為“位錯交截”。 位錯相互切割后，將使位錯產(chǎn)生彎折，生成位錯折線，這種折線有兩種：割階：割階：垂直滑移面的折線扭折：扭折：在滑移面上的折線 古一 2022

26、-5-1位錯中的割階與彎折 古一 2022-5-1兩根相互垂直的刃型位錯線交截 兩柏氏矢量互相垂直的刃型位錯交截(a) 交截前；(b) 交截后 b1b2，當xy位錯線與不動的AB位錯交截后，AB產(chǎn)生一個長度與b1相等的刃型割階PP，PP折線位于Pxy滑移面上，是可動的，即隨AB沿著b 2所指方向移動，因 b2與xy平行，故xy不產(chǎn)生折線柏氏矢量互相垂直的兩根互相垂直刃型位錯的交截 古一 2022-5-1 AB，xy兩根相互垂直的刃型位錯線b1/ b2，交截后各自產(chǎn)生一小段PP和QQ的折線，它們均位于原來兩個滑移面上，同屬螺型性質，為“扭折”。在運動過程中，這種折線在線張力的作用下可能被拉長而消

27、失 柏氏矢量互相平行的互相垂直刃型位錯的交截n位錯線AB和XY發(fā)生交割后，AB變?yōu)锳PPB，XY變?yōu)閤QQy，可見兩位錯出現(xiàn)PP和QQ小臺階， PP臺階高度為b1， QQ臺階高度為b2，并且兩臺階和分別與b2和b1平行，是螺型位錯，同時它們位于原位錯的滑移面上，是扭折。 古一 2022-5-1位錯交截位錯交截n是否產(chǎn)生結果由位錯線與另外的位錯的柏是否產(chǎn)生結果由位錯線與另外的位錯的柏矢矢量決定，若平行，無交截結果，垂直矢矢量決定，若平行，無交截結果，垂直時才有交截結果，時才有交截結果，n交截后位錯線段的刃型、螺型性質取決于交截后位錯線段的刃型、螺型性質取決于該位錯線段與本身位錯線柏矢矢量的關系該

28、位錯線段與本身位錯線柏矢矢量的關系n交截結果是割階或扭折取決于該位錯線段交截結果是割階或扭折取決于該位錯線段與本身位錯滑移平面的關系與本身位錯滑移平面的關系 古一 2022-5-1刃型位錯與螺型位錯交截刃型位錯與螺型位錯交截(a) 交截前; (b) 交截后 n交截之后，AB被分割成為位于相鄰兩平行平面內(nèi)的兩段位錯。中間由刃型割階PP相連，其長度與b2相等，但本身柏氏矢量仍為b1，PP可隨AB滑移，但有阻礙n位錯CD上交截線段QQ與b2垂直，為扭折，在線張力下可被拉直 古一 2022-5-1兩根螺型位錯的交截兩根螺型位錯的交截值得注意的一種，如圖所示(a) 交截前; (b) 交截后 螺型位錯L1

29、由左向右運動，遇到與之相垂直的螺型位錯L2發(fā)生交截，兩螺型位錯各自產(chǎn)生一刃型割階。圖中為L1的割階L1上割階PP，長度為b2，此割階只能在PP與b1組成的平面內(nèi)沿 b1所指方向滑移，不能跟隨螺型位錯L1一道滑移，只能通過攀移隨著L1運動，與L1滑移方向不一致。但攀移在室溫下是困難的，這一小段位錯成為L1位錯運動的障礙、阻力，有人認為這是加工硬化的原因 古一 2022-5-1螺型位錯和螺型位錯的交割螺型位錯和螺型位錯的交割AB的滑移面一定，由外力決定，所以PP是刃型位錯割階，而QQ不是，會消失。 古一 2022-5-1螺型位錯上的（刃型）割階是不能隨原位錯一道滑移的。因為它的滑移面是圖中陰影面，

30、（上頁中的b1b2）,它只能沿位錯線AB線滑移，若要隨AB一起運動，則它必須攀移，因為他的運動面PPMM 是割階PP的附加半原子面， PP隨AB一起運動，則導致半原子面縮小，留下間隙原子，這種攀移只有在較大正應力和較高溫度下實現(xiàn)；如果左螺型位錯，附加半原子面增大，留下空位。在常溫下，螺型位錯上的（刃型）割階阻礙位錯的繼續(xù)滑移。螺型位錯和螺型位錯的交割螺型位錯和螺型位錯的交割 古一 2022-5-1兩根螺型位錯的交截兩根螺型位錯的交截在外力足夠大且溫度比較高，并且此割階長度足夠?。?2個原子間距），此割階可以通過攀移與主位錯一道運動，并在割階后面留下一連串空位 古一 2022-5-1兩根螺型位錯

31、的交截兩根螺型位錯的交截如果此割階長度比較大，即使在高溫且外力足夠大的條件下，主位錯也不可能拖著割階運動，在外力作用下，割階發(fā)生彎曲，最終留下一個長的位錯環(huán)，形成的長位錯環(huán)又可分裂成小的位錯環(huán) 古一 2022-5-1位錯交截小結位錯交截小結1.位錯交截后產(chǎn)生“扭折”或“割階”2. “扭折”可以是刃型、亦可是“螺型”，可隨位錯線一道運動，幾乎不產(chǎn)生阻力，且它可因位錯線張力而消失3.“割階”都是刃型位錯，有滑移割階和攀移割階，割階不會因位錯線張力而消失 古一 2022-5-14、位錯運動速度n晶體的宏觀塑性變形是通過位錯運動來實現(xiàn)的，位錯平均運動速度 v 與金屬宏觀形變速率有一定關系nmb vn式

32、中：金屬宏觀形變速率；：金屬拉伸變形時取向因子；m：可動位錯密度；b：柏氏矢量；v：位錯平均運動速度 古一 2022-5-1位錯滑移時的晶格阻力位錯滑移時的晶格阻力n派一納力（p-N）實質上是指周期點陣中移動單個位錯所需的臨界切應力，其近似計算式為：n (2-5) 式中：b為柏氏矢量；G為切變模量；v為泊松比；w為位錯寬度，它等于a/(1-)；a為滑移面的面間距2222expexp111pGwGavbvv b 古一 2022-5-1位錯由12經(jīng)過不對稱狀態(tài)，位錯必越過一勢壘才能前進。位錯移動受到一阻力點陣阻力，又叫派納力（Peirls-Nabarro），此阻力來源于周期排列的晶體點陣。位錯運動

33、阻力派納力 古一 2022-5-1 1）通過位錯滑動而使晶體滑移，p 較小一般ab，v約為0.3，則p為（10- 310- 4）G，僅為理想晶體的1/1001/1000。 2）p-N隨a值的增大和b值的減小而下降，在晶體中，原子最密排面其面間距a為最大，原子最密排方向其b值為最小，可解釋晶體滑移為什么多是沿著晶體中原子密度最大的面和原子密排方向進行 3）p-N隨位錯寬度減小而增大 可見總體上強化金屬途徑：一是建立無位錯狀態(tài)，二是引入大量位錯或其它障礙物，使其難以運動派納力 古一 2022-5-1位錯運動的其它阻力n除了派納力之外，還有其它阻力n1.其它位錯應力場的長程內(nèi)應力作用；位錯運動時發(fā)生

34、交截，形成割階、空位、間隙原子、位錯反應等n2.其它外來原子阻力，如位錯線周圍的溶質原子聚集的短程阻力，第二相粒子對位錯運動的長程阻力n3.高速運動位錯（超過該介質中聲速的1/10）還受到其它阻尼na.熱彈性阻尼：高速運動可看成絕熱過程，一邊快速壓縮導致溫升，一邊快速膨脹導致溫度降低，溫差使機械能轉變?yōu)闊崮?，引起阻尼nb.輻射阻尼：運動時在勢能峰谷間起伏，遇到峰減速，遇到谷加速，周期性的加速、減速散射彈性波，損失能量，帶來阻尼nc.聲波散射阻尼：運動位錯與聲波作用，一是位錯中心非線性應變區(qū)直接散射聲子，二是聲波在位錯線上使位錯振蕩向外輻射彈性波 古一 2022-5-15 位錯的應變能位錯的應變

35、能 位錯的存在，在其周圍的點陣發(fā)生不同程度的畸變。 能量最低狀態(tài)時作用力則為零。通常在描述體系穩(wěn)定程度或變化趨勢時采用能量的概念說明，而在討論體系的變化途徑時則用力的概念 古一 2022-5-1位錯的應變能位錯的應變能 位錯的存在在其點陣周圍產(chǎn)生彈性應變與應力，儲存的能量包括：忽略為總應變能的中心區(qū)域應變能位錯長程應力場的能量,151101,:EEEe 古一 2022-5-1位錯的應變能位錯的應變能 1.中心區(qū)指以位錯線為軸，以r0（接近b，約為10-8cm）為半徑的圓柱體區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi)晶格畸變十分嚴重，超出了彈性應變范圍，虎克定律已不適用實際此區(qū)域的應變能占整個應變能的比例較小，約占1/1

36、0 2.另一部分能量是代表位錯長程應力場的能量，此部分能量可以采用彈性連續(xù)介質模型加以計算 但必須對晶體作如下簡化 第一，忽略晶體的點陣模型，把晶體視為均勻的連續(xù)介質，內(nèi)部無間隙，晶體中應力、應變等參量的變化是連續(xù)的，不呈任何周期性第二，把晶體看成各向同性，彈性模量不隨方向而變化 僅討論中心區(qū)以外的彈性畸變區(qū)，借助彈性連續(xù)介質模型討論位錯的彈性性質 古一 2022-5-1單位體積的彈性能n虎克定律，彈性體內(nèi)應力與應變成正比，即En因此單位體積儲存的彈性能等于應力一應變曲線彈性部分陰影區(qū)內(nèi)的面積，即n 切應變或正應變2121VUVU單位體積彈性體儲存的彈性能 古一 2022-5-1螺型位錯的應變

37、能制造一個單位長度的螺位錯將晶體看作各向同性、連續(xù)介質的圓柱體 圓柱體內(nèi)螺位錯的形成(a)和微園環(huán)的應變(b) 材料沿圖示的滑移面上發(fā)生相對滑移，然后把切開的面膠合起來。螺型位錯周圍的晶格都發(fā)生了一定的應變 古一 2022-5-1螺型位錯的應變能估算位錯的應變能時只計算rr0的區(qū)域，在圓柱體中取一個微圓環(huán)，它離位錯中心的距離為r，厚度為dr在位錯形成的前、后，該圓環(huán)的展開，顯然位錯使該圓環(huán)發(fā)生了應變，此應變?yōu)楹唵蔚募羟行?，應變在整個周長上均勻分布在沿著2r的周向長度上，總的剪切變形量為b，所以各點的切應變?yōu)椋?br 古一 2022-5-1螺型位錯的應變能 古一 2022-5-1刃型位錯應變能類

38、似方法可求得單位長度刃型位錯應變能，式中為泊松比，約為0.33 古一 2022-5-1混合位錯的應變能混合位錯的應變能任何一個混合位錯都可分解為一刃型位錯和一個螺型位錯，設其柏氏矢量b與位錯線交角為，則 :cos,sinbbbbse SeMEEE 022022ln4cosln)1 (4sinrRGbrRrGb )cos1(ln)1(4202vrRvGb 古一 2022-5-1混合位錯的應變能混合位錯的應變能 刃位錯 =90，螺位錯 =0則變?yōu)楦髯缘膽兡鼙磉_式 實際晶體中，r0約為埃的量級（約為10-8cm）；r1約為亞晶尺寸，為10-310-4cm，v取1/3可得單位長度位錯應變能E=KGb

39、2 K值可取為0.51.0，對螺型位錯K取下限0.5，刃型位錯則取上限1.0，混合位錯取中限?？梢?，在晶體中最易形成螺型位錯，最難形成刃型位錯 古一 2022-5-1 1）E與b2呈正比，b小則應變能低，位錯愈穩(wěn)定 2）E隨R增大而增加，說明位錯長程應力場的能量占主導作用，中心區(qū)能量小，可忽略 3）從各種位錯應變能表達式式，若取R=2000|b|，r0=|b|, ES=0.6Gb2, Em=0.60.9Gb2，Ee=1.5ES，EeEmES，可見在晶體中最易于形成螺型位錯。 4）兩點間以直線最短，所以直線位錯比曲線位錯能量小，位錯總有伸直趨勢 應變能特點 古一 2022-5-1應變能特點n位錯

40、存在導致內(nèi)能升高，同時位錯的引入又使晶體熵值增加。由F=E內(nèi)-TS，通過估算得出，因應變能而引起系統(tǒng)自由能的增加，遠大于熵增加而引起系統(tǒng)自由能的減小。故位錯與空位不同，它在熱力學上是不穩(wěn)定的n位錯能不是以熱量的形式耗散在晶體中，而是儲存在位錯中 高的位錯能量使晶體處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，在降低位錯能的驅動力作用下位錯會發(fā)生反應，或與其他缺陷發(fā)生交互作用 古一 2022-5-16 6 位錯應力場位錯應力場如圖，在圓柱體內(nèi)引入相當于螺型位錯周圍的應力場位錯具有一定的應變能，同時在位錯的周圍也產(chǎn)生了相應的應力場，使位錯與處于其應力場中的其它點缺陷產(chǎn)生交互作用 1. 螺型位錯應力場螺型位錯應力場 古一 20

41、22-5-1螺型位錯應力場螺型位錯應力場沿z軸的切應變?yōu)?z。從這個圓柱體中取一個半徑為r的薄壁圓筒展開，便能看出zb/(2r) zGzGb/(2r) G為切變模量 由于圓柱體只在z方向產(chǎn)生位移，在x、y方向沒有位移，所以其余的應力分量均為0，即 rrzzrrrzzr0 古一 2022-5-1螺型位錯應力場螺型位錯應力場n螺型位錯周圍是簡單的純剪切，而且應變具有徑向對稱性，其大小僅與離位錯中心的距離r成反比，當r趨近無窮大時，切應力才趨于零，實際上應力場有一定的作用范圍，在r達到某值時切應力已很低，所以螺型位錯的應力場可用位錯周圍一定尺寸的圓柱體表示。螺位的應力場 古一 2022-5-1特征：

42、1）只有切應力，無正應力 2）的大小與r呈反比，與G、b呈正比 3）與無關，所以切應力是徑向對稱的0222222yxxyzyyzzxxzyxxGbyxyGb 切應力z，z亦可用直角坐標表示螺型位錯應力場螺型位錯應力場 古一 2022-5-1刃型位錯應力場刃型位錯應力場（位錯的彈性行為）（位錯的彈性行為）刃型位錯周圍的應變狀態(tài)刃型位錯周圍的應變狀態(tài) 古一 2022-5-1刃型位錯應力場刃型位錯應力場n刃型位錯的應力場則要復雜得多，由于插入一層半原子面，使滑移面上方的原子間距低于平衡間距，產(chǎn)生晶格的壓縮應變，而滑移面下方則發(fā)生拉伸應變n壓縮和拉伸正應變是刃型位錯周圍的主要應變n從壓縮應變和拉伸應變

43、的逐漸過渡中必然附加一個切應變，最大的切應變發(fā)生在位錯的滑移面上，該面上正應變?yōu)榱?，故為純剪切n所以刃型位錯周圍既有正應力，又有切應力，但正應力是主要的 古一 2022-5-1刃型位錯應力場刃型位錯應力場（位錯的彈性行為）（位錯的彈性行為）設立刃型位錯模型，由彈性理論求得： 22222)()3(yxyxyDxx 22222)()(yxyxyDyy )(yyxxzzv 0zyyzzxxz 22222)()(yxyxxDyxxy )1 (2/VGbD G為切變模量，v為泊松比 古一 2022-5-1刃位錯的正應力場分布其壓縮應力與拉伸應力可分別用滑移面上、下方的兩個圓柱體表示，壓縮應力和拉伸應力的

44、大小隨離開位錯中心距離的增大而減小 古一 2022-5-1采用圓柱坐標表示，則為0cossin2sinzrrzzzrrzzrrrDrvDrD 分析以上兩式，可了解刃位錯周圍應力場的特點。并可得出坐標系各區(qū)中應力分布刃型位錯應力場刃型位錯應力場 古一 2022-5-1刃型位錯在刃型位錯在x-yx-y面上的面上的xxxx應力場應力場n 1）應力的大小與r呈反比，與G、b呈正比n 2）有正、切應力，同一地點|xx|yy|，yy較復雜，不作重點考慮 3）y0, xx0，為壓應力 y0，為拉應力 y=0, xx=yy=0，只有切應力 y=x，只有xx、zz刃位錯周圍應力場的特點刃位錯周圍應力場的特點 古

45、一 2022-5-13.7 3.7 位錯的受力位錯的受力n已知使位錯滑移所需的力為切應力，其中刃型位錯的切應力方向垂直于位錯線，螺位錯的切應力方向平行于位錯線，而使位錯攀移的力又為正應力，不同的應力類型及方向給討論問題帶來麻煩n在討論位錯源運動或晶體屈服與強化時，希望能把這些應力簡單地處理成沿著位錯運動的方向有一個力F推著位錯線前進，如果能找到力F和位錯滑移的切應力的關系，就可以簡便地將作用在位錯上的力在圖中表示出來 古一 2022-5-13.7.1 應力場對位錯的作用力 與柏氏矢量平行的切應力可使刃位錯沿自身法線方向移動，應用虛功原理，求法向“滑移力”圖中設外加應力使一位錯線段dl在滑移面上

46、滑移ds距離，此線段的運動促使dA面上邊的晶塊相對下面的晶塊錯開了一柏氏矢量b 古一 2022-5-1作用在位錯上的力 外加切應力在位錯線上作功：dw1（ dA ）bdl ds b 作用在位錯上法向力F作功： dw2 Fds 根據(jù)虛功原理 dw1 dw2 在單位長度位錯線上有(ds)b=Fds 故作用于單位長度位錯線上力為： Fx=b 古一 2022-5-1刃型位錯在正應力下的受力 對于攀移，亦可用同樣的推導，若外加正應力為，位錯柏氏矢量為b，使攀移進行的外加正應力作用于單位位錯線上，使位錯攀移的力Fd大小為： Fd=b 作用力垂直于位錯，指向位錯攀移的方向 古一 2022-5-1位錯的線張力

47、位錯的線張力 位錯具有應變能，為了降低能量，位錯有由曲變直，由長變短的傾向，好象沿位錯線兩端有了一個線張力T 線張力T表示增加單位長度位錯線所需能量，在數(shù)值上等于位錯應變能 TKGb2 （K=0.51） 古一 2022-5-1位錯在受力彎曲時如圖位錯的線張力和外力作用的關系 設有一長度為ds的位錯線段在運動過程中，由于兩端被障礙物釘住而彎曲成如圖所示的形狀，其曲率半徑為R，對應的圓心角為d這段位錯在自身線張力T作用下有自動伸直的趨勢，另一方面有外加切應力存在，單位長度位錯所受的力為b，它力圖使位錯線變彎，平衡時，外切應力和線張力在水平方向的分力相等 古一 2022-5-1位錯的線張力 平衡時，

48、外切應力和線張力在水平方向的分力相等bds2Tsin（d/2）ds R d因為d很小 2Tsin（d/2）（ 2Td）/2 Td由于位錯線張力TE=KGb2，故b R dKGb2d即（ KGb）/ R取K0.5有（Gb）/（2 R ）可知保持位錯彎曲所需切應力與R成反比，與b成正比 古一 2022-5-13.7.2 位錯與位錯之間作用力位錯與位錯之間作用力n 晶體中有位錯存在，在位錯周圍必定出現(xiàn)應力場，應力場對處于其中的其它位錯有一個作用力。位錯之間彼此交互作用，將對位錯的運動起牽制或促進作用，下面對不同位錯間的交互作用分別進行討論 古一 2022-5-11兩平行螺型位錯間的交互作用圖中坐標原

49、點（0，0）處一螺型位錯 b，r(x, y)處一螺位錯 b (00)yxrS（x,y）（r,） 古一 2022-5-1兩平行螺型位錯間的交互作用n螺型位錯的應力場是純剪切應力，切應力的方向與柏氏矢量一致，它具有徑向對稱性，即與螺型位錯距離相等的各個位置都受到相同的切應力，其大小為Gb/(2r)n若有柏氏矢量為b1、b2的同號平行螺型位錯，它們的間距為r，那么第一根位錯的切應力1對第二根位錯產(chǎn)生作用，單位位錯線的作用力的大小 ，力的方向垂直于位錯線，且使位錯間距逐漸拉大，同樣，第二根位錯也對第一根位錯產(chǎn)生同樣大小的力n所以兩根平行的同號螺型位錯相互排斥，排斥力隨距離的增大而減小。兩根平行的異號螺

50、型位錯相互吸引，直至異號位錯互銷rbGbFr2| 古一 2022-5-1兩平行螺型位錯間的交互作用平行螺位錯間的交互作用力 古一 2022-5-1參考參考1.沿著2r的周向長度上，各點的切應變?yōu)椋篵/2r 2.根據(jù)虎克定律，螺型位錯周圍的切應力為 ： G Gb/2r 其中G為材料的切變模量3.外加切應力在位錯線上力為Fx Fx=b 古一 2022-5-1可見1）=00或900時， ； =450，F(xiàn)r最大2）b，b同號，F(xiàn)r為正值，兩位錯相互排斥3）b，b異號，F(xiàn)r為負值，兩位錯相互吸引bbFFFxzyzyxr 222222yxybGbyxxbGb sin,cosryrx )4sin(22rbG

51、bFr rbGbFr2| 22|rbGbFr 兩平行螺型位錯間的交互作用 古一 2022-5-12.2.兩個平行刃型位錯之間的相互作用兩個平行刃型位錯之間的相互作用O)12（x，y）（r，）FxFyryx 設有沿oz軸的刃位錯1和另一處于（x, y）并與之平行的同號位錯2，柏氏矢量分別為b1 、b2，其距離為r 位錯1會產(chǎn)生一切應力分量yx使II受到一滑移力Fx，還會產(chǎn)生一正應力分量xx作用于位錯2多余半原子面，使位錯2受到一攀移力Fy 古一 2022-5-1兩個平行刃型位錯之間的相互作用兩個平行刃型位錯之間的相互作用 根據(jù)以上兩式可推斷出位錯2在位錯1的應力場中不同位置所受到的攀移力和滑移力

52、 古一 2022-5-1刃型位錯應力場綜合地表示出當綜合地表示出當x0時，時， 兩平行刃位錯間的力兩平行刃位錯間的力Fx與距離與距離x之間的關系之間的關系nFy與y 同向，F(xiàn)y為正，即指向上，為負即指向下。故可推知，兩位錯沿y軸方向是互相排斥的。n滑移力Fx變化規(guī)律為：n x2y2, Fx指向外，即排斥n x2y2, Fx指向內(nèi)，吸引n x=0, Fx=0，II處于穩(wěn)定的平衡位置n x=y, Fx=0，II處于介穩(wěn)平衡位置n據(jù)此可了解金屬退火后亞晶界的形成。n如穩(wěn)定同號位錯沿垂直于滑移面方向排列。小角度晶界、亞晶界即是這樣排列的結果 古一 2022-5-1 平行刃型位錯的交互作用)/4)/4

53、古一 2022-5-1兩個兩個平行平行刃型位錯之間的相互作用刃型位錯之間的相互作用刃型位錯的穩(wěn)定排列方式 古一 2022-5-12 2兩個平行刃型位錯之間的相互作用兩個平行刃型位錯之間的相互作用n同一滑移面上兩根刃型位錯間的作用力也與螺型位錯一樣，同號位錯相斥，異號位錯相吸n兩根平行的同號刃型位錯，當它們互相接近時，滑移面上方的壓應力區(qū)（以及滑移面下方的拉應力區(qū)）相互重疊而加強，這必然引起位錯應變能的增加，于是一根位錯在另一根位錯的應力場作用下彼此分離，以保持較低的能量狀態(tài)n同一滑移面上，兩根異號刃型位錯互相接近時，位錯的拉應力區(qū)與壓縮應力區(qū)互相重疊而使體系應變能下降，表現(xiàn)為異號刃型位錯相互吸

54、引 古一 2022-5-1兩個平行刃型位錯之間的相互作用兩個平行刃型位錯之間的相互作用n根據(jù)刃型位錯周圍應力場的特征，一系列同號位錯如果能在垂直滑移面的方向排列起來，那么上方位錯的拉應力場將和下方位錯的壓應力場相互重疊，從而降低體系的總應變能，所以，這是刃型位錯穩(wěn)定的排列方式，又稱為位錯墻n一般在輕度變形并經(jīng)合適溫度退火后才出現(xiàn)位錯墻，位錯墻構成小角度晶界和回復過程中多邊化的結構 古一 2022-5-13.7.3 位錯與晶體缺陷的相互作用位錯與晶體缺陷的相互作用 點缺陷在晶體中會引起點陣畸變，所產(chǎn)生的應力場可與位錯產(chǎn)生彈性的、化學的、電學的、幾何的四種交互作用，其中以彈性作用為最重要，下面主要

55、討論位錯與點缺陷彈性交互作用 1位錯與溶質原子的交互作用位錯與溶質原子的交互作用 古一 2022-5-1位錯與溶質原子的交互作用位錯與溶質原子的交互作用n當溶質原子處于位錯的應力場之中，兩者會產(chǎn)生彈性交互作用。這種交互作用在刃型位錯中顯得尤其重要，這是由刃型位錯的應力特點決定的。基體中的溶質原子，不論是置換型還是間隙型，均會引起晶格畸變，間隙原子以及尺寸大于溶劑原子的溶質原子使周圍基體晶格原子受到壓縮應力，而尺寸小于溶劑原子的溶質又使基體晶格受到拉伸 溶質原子與周圍原子的交互作用 古一 2022-5-1位錯與溶質原子的交互作用位錯與溶質原子的交互作用溶質原子與位錯的交互作用 所有溶質原子均可在

56、刃型位錯周圍找到合適的位置，以正刃型位錯為例，正刃型位錯下方原子受到拉應力，原子半徑較大的置換型溶質原子和間隙原子位于位錯滑移面下方（即晶格受拉區(qū)）可以降低位錯的應變能，同樣，原子半徑較小的間隙型溶質原子位于滑稱面上方（晶格受壓區(qū)）也可以降低位錯的應變能，從而使體系處于較低的能量狀態(tài)，因此位錯與溶質原子的交互作用的熱力學條件完全具備 古一 2022-5-1位錯與溶質原子的交互作用位錯與溶質原子的交互作用n至于溶質原子能否移至理想的位置，則取決于溶質原子的擴散能力。當溶質原子分布于位錯的周圍使位錯的應變能下降，這樣位錯的穩(wěn)定性增加了，于是晶體的強度提高 古一 2022-5-1位錯與溶質原子的交互

57、作用位錯與溶質原子的交互作用 固溶體型合金晶體中，既有位錯又有溶質原子，兩應力場發(fā)生交互作用，系統(tǒng)應變能的變化W=W3-（W1+W2） 其中W1、W2為位錯和溶質原子單獨存在時各自應變能，W3為交互作用后應變能，可得出 為錯配度 古一 2022-5-1科垂耳氣團科垂耳氣團”（Cottrell Atmosphere） 為使溶質原子與位錯位置相對穩(wěn)定，使總應變能降低，必有W0，表示溶入的溶質原子引起晶體體積膨脹（溶質原子較溶劑原子半徑大），為使W0，必有2，即溶質原子位于刃位錯下方（膨脹區(qū)）。 若0，表示溶質原子溶入后晶體體積收縮，為使W0，溶質原子位于刃位錯上方的受壓縮部分 古一 2022-5-

58、1科垂耳氣團科垂耳氣團 通常把溶質原子（間隙原子）與位錯交互作用后，聚集在位錯近旁受膨脹區(qū)域而形成的溶質原子聚集物，稱為“科科垂耳氣團垂耳氣團”（Cottrell Atmosphere），這種氣團阻礙位錯運動，產(chǎn)生固溶強化效應，但這種氣團在高溫條件下會消失，從而失去強化效果 用柯氏氣團可解釋合金中出現(xiàn)的應變時效和屈服點現(xiàn)象 古一 2022-5-1斯諾克氣團斯諾克氣團n體心立方晶體中間隙原子如C、N等與螺位錯切應力場發(fā)生的交互作用nC、N原子使得Fe產(chǎn)生四方畸變n間隙原子分布于Fe的（1/2,0,0） （0,1/2, 0） （ 0,0,1/2）間隙位置，在非靜水應力作用下，三個間隙位置的原子應變

59、能不同，會從應變能大的位置跳到應變能小的位置，即斯斯諾克效應諾克效應u 由于螺位錯和間隙原子的相互作用,碳原子在螺位錯周圍優(yōu)先處在三個最有利的位置,這就使得碳原子的分布有序化,我們稱螺位錯周圍這種有序化分布的間隙原子為Snock氣團。 古一 2022-5-1位錯與溶質原子的電學交互作用位錯與溶質原子的電學交互作用n刃位錯壓縮區(qū)原子間距小，電子密度增大，電子能量增大，刃位錯膨脹區(qū)原子間距大，電子密度小，電子能量小n壓縮區(qū)電子流向膨脹區(qū)，壓縮區(qū)帶正電，膨脹區(qū)帶負電，形成電偶極子，n高價原子進入膨脹區(qū)，低價原子進入壓縮區(qū)n作用力為彈性交互作用的1/5 古一 2022-5-1位錯與溶質原子的化學交互作

60、用位錯與溶質原子的化學交互作用n置換式固溶體中溶質原子與層錯化學交互作用，形成鈴木（Suzuki）氣團n比彈性交互作用小12個數(shù)量級n由于堆剁層錯作用，很難靠熱起伏擺脫溶質原子束縛，有好的高溫穩(wěn)定性，特別是Cottrell氣團消失后作用顯著n釘扎與位錯類型無關，刃位錯、螺位錯釘扎強弱程度一樣 古一 2022-5-12 2位錯與空位的交互作用位錯與空位的交互作用n 空位也會引起點陣畸變，空位與位錯也會發(fā)生交互作用，空位通常被吸引到刃型位錯的壓縮區(qū)，降低位錯的應變能，使位錯發(fā)生攀移，這一交互作用在高溫下顯得十分重要，因為空位濃度隨溫度升高而上升空位與位錯在一定條件下可以互相轉化 古一 2022-5