材料成型金屬學(xué)ch01-1位錯理論

1.位錯理論基礎(chǔ)

1.1晶體缺陷概論晶體中的缺陷：原子排列偏離完整性的區(qū)域點缺陷－在三個方向上尺寸都很小線缺陷－在二個方向上尺寸很小面缺陷－在一個方向上尺寸很小點缺陷pointdefects空位vacancy間隙原子interstitialatom雜質(zhì)原子impurityatomSchematicillustrationoftypesofdefectsinasingle-crystallattice:self-interstitial,vacancy,interstitial,andsubstitutional.ExtraatomMissingatomExtraatomForeignatomPointDefectsinaSingleCrystalLatticePointDefects點缺陷Substitutionalatom替換原子Self-interstitialatomInterstitialatom間隙原子Vacancy空位?Equilibriumconcentrationvarieswithtemperature!How?空位平衡濃度Boltzmann'sconstant

(1.38x10-23J/atomK)(8.62x10-5eV/atomK)?÷NDN=exp-QDkT?è???÷No.ofdefectsNo.ofpotentialdefectsites.FormationenergyTemperatureEachlatticesiteisapotentialvacancysiteSelfDiffusionViaVacancyMechanism點缺陷對晶體性能的影響間隙原子－體積膨脹1~2個原子體積

空位－體積膨脹0.5個原子體積屈服強(qiáng)度↑對擴(kuò)散、高溫形變和熱處理等過程均有重要影響

面缺陷planedefect小角度晶界lowanglegrainboundary大角度晶界highanglegrainboundary相界面interphaseboundary小角度晶界特點*θ<10°由位錯構(gòu)成*位錯密度↑—位向差↑—晶格畸變↑—晶界能↑大角度晶界θ10°

小角度晶界類型（1）對稱傾側(cè)晶界相鄰晶粒各轉(zhuǎn)θ/2同號刃位錯垂直排列（2）不對稱傾側(cè)晶界相互垂直的兩組刃位錯垂直排列LowAngleGrainBoundary－小角晶界SchematicAdaptedfromFig.4.7,Callister6e.

GRAINBOUNDARIES晶界晶界特點1）晶界—畸變—晶界能—向低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)化—晶粒長大、晶界變直—晶界面積減小；2）阻礙位錯運動—σb↑—細(xì)晶強(qiáng)化；3）位錯、空位等缺陷多—晶界擴(kuò)散速度高；4）晶界能量高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜—容易滿足固態(tài)相變的條件——固態(tài)相變首先發(fā)生地；5）化學(xué)穩(wěn)定性差—晶界容易受腐蝕；6）微量元素、雜質(zhì)富集VariationinGrainBoundaryEnergyWithMisorientationforCopper.晶界能～角度相界面兩個不同相之間的界面－共格界面－半共格界面－非共格界面彈性能與界面能？晶界處新晶粒晶界與亞晶界新晶粒與位錯Laminarstructure片層狀組織HighresolutionTEM

高分辨電子顯微鏡成百上千個原子單個原子排列ELECTRONMICROSCOPYJuanVillegas,Ph.D.thesis(UConnMSE)advancingtwin[001][110]Nickelalloy線缺陷linedefect刃型位錯Edgedislocation螺型位錯Screwdislocation

混合位錯Mixeddislocation1.2位錯概念的引入1934

解釋實測的晶體臨界切應(yīng)力值與理論計算值相差千倍以上的問題理想晶體的臨界切應(yīng)力實際晶體的逐步滑移?EffectofdislocationsinthelatticestructureunderstressIntheseriesofdiagrams,themovementofthedislocationallowsdeformationtooccurunderalowerstressthaninaperfectlattice1.3位錯的原子模型及柏氏矢量EdgeDislocation刃型位錯多余原子面EdgeDislocation刃型位錯ScrewDislocation螺型位錯

ScrewDislocation螺型位錯MixedDislocation混合位錯

ScrewDislocationEdgeDislocationMixedDislocation混合位錯

柏氏矢量的確定（1）包含位錯線做一封閉回路－柏氏回（2）將同樣的回路置于完整晶體中－不能閉合（3）補(bǔ)一矢量（終點指向起點）使回路閉合－柏氏矢量BURGER’SVECTOR柏氏矢量Edgedislocation:Burger’svectorperpendiculartodislocationlineScrewdislocation:Burger’svectorparalleltodislocationlineMixeddislocation:OrientationofBurger’svectorwithrespecttodislocationchangeswithpositionEdgedislocationScrewdislocationDislocationline:intopageDislocationlineBurger’svectorBurger’svector

特性（1）滿足右螺旋規(guī)則時，柏氏矢量與柏氏回路路徑無關(guān)－唯一性

（2）用柏氏回路求得的柏氏矢量為回路中包圍的所有位錯柏氏矢量的總和（矢量和）－可加性

（3）同一位錯，柏氏矢量處處相同－同一性位錯密度單位體積中位錯的總長度：將位錯線看作于垂直某一平面的直位錯線位錯的觀察EtchingtoRevealDislocationMotionMovementofdislocationsinLiF.“A”aresessiledislocations&“B”areglissiledislocations.Whenastressisappliedtheglissiledislocationslides,hence,whenitisetchedagainitleavesanewtracewhereastheoldtracegetswider,butnotdeeper.Sessiledislocationsdonotmoveandtheetchpitsgetdeeperandwideronrepeatedetching.Dislocations