位錯的增值與塞積課件

1.10位錯的增殖與塞積從直觀上看，位錯在塑性變形中要不斷地逸出晶體表面，使晶體中位錯密度不斷減少，然而事實恰恰相反。經(jīng)劇烈變形后的金屬晶體，其位錯密度可增加4~5個數(shù)量級，這種現(xiàn)象充分說明晶體在變形過程中位錯在不斷地增殖。所以，位錯的增殖機(jī)制是位錯理論中一個很重要的問題。

1.10位錯的增殖與塞積從直觀上看，位錯在塑性1位錯的滑移塑性變形位錯：增殖、塞積、交割位錯的數(shù)量逐漸增加金屬晶須：按照同樣的方向和部位排列，構(gòu)成了一種完全沒有任何缺陷的理想晶體；直徑一般為幾微米到幾十微米。位錯的滑移塑性變形位錯的數(shù)量逐漸增加金屬晶須：按照同樣的方向2位錯線與位錯纏結(jié)(TEM)不銹鋼316L(00Cr17Ni14Mo2)位錯線與位錯纏結(jié)(TEM)3AB滑移面晶體中的位錯往往互相纏結(jié)形成位錯網(wǎng)絡(luò)。在位錯網(wǎng)絡(luò)結(jié)點A、B上，位錯線張力平衡，位錯處于力學(xué)平衡狀態(tài)。位錯纏結(jié)（b）（a）AB滑移面晶體中的位錯往往互相纏結(jié)形成位錯網(wǎng)絡(luò)。在位41.位錯的增殖

Frank-ReedSourceF－R源的形核位錯的增殖機(jī)制有許多種，其中一種主要方式是弗蘭克-瑞德（Frank-Read）位錯源。1.位錯的增殖

Frank-ReedSourceF－5(a)雙軸位錯增殖過程Frank-Read增殖機(jī)制

弗蘭克（FrankF.C.）-瑞德（ReadW.T.）A、B兩點固定不動Prof.C.Frank1911-1998Britishphysicist(a)雙軸位錯增殖過程Frank-Read增殖機(jī)制

弗蘭克6F－R源的開動條件：推動力（外力）>位錯運動點陣摩擦力和障礙物阻力。當(dāng)外力作用在兩端不能自由運動的位錯上時，位錯將發(fā)生彎曲。Si單晶中的F-R源Si單晶中的F-R源7

若某一滑移面上有一段刃型位錯AB，它的兩端被位錯網(wǎng)節(jié)點釘住，不能運動。現(xiàn)沿位錯的柏氏矢量方向加切應(yīng)力，使位錯沿滑移面向前進(jìn)行滑移運動。但由于AB兩端固定，所以只能使位錯線發(fā)生彎曲。單位長度位錯線所受的滑移力總是與位錯線本身垂直，所以彎曲后的位錯線每一小段繼續(xù)受到該力的作用，會沿它的法線方向向外擴(kuò)展，其兩端則分別繞節(jié)點A，B發(fā)生回轉(zhuǎn)。若某一滑移面上有一段刃型位錯AB，它的兩端被位錯網(wǎng)節(jié)8兩端彎出來的線段相互靠近時，由于兩線段平行于柏氏矢量，但位錯線方向相反，分別屬于左螺型位錯和右螺型位錯，它們互相抵消，形成一閉合的位錯環(huán)和位錯環(huán)內(nèi)的一小段彎曲的位錯線。只要外加切應(yīng)力繼續(xù)作用，位錯環(huán)便繼續(xù)向外擴(kuò)張，同時環(huán)內(nèi)的彎曲位錯在線張力作用下又被拉直，恢復(fù)到原始狀態(tài)，并重復(fù)以前的運動，絡(luò)繹不絕地產(chǎn)生新的位錯環(huán)，從而造成位錯的增殖。兩端彎出來的線段相互靠近時，由于兩線段平行于柏氏矢量9(b)單軸位錯增殖過程位錯一端固定不動。當(dāng)滑移面上受到切應(yīng)力時，位錯繞固定點旋轉(zhuǎn)。位錯每旋轉(zhuǎn)一圈，也就是位錯線掃過滑移面一次，使晶體沿柏氏矢量方向產(chǎn)生一個原子間距的位移。(b)單軸位錯增殖過程位錯一端固定不動。當(dāng)滑移面上102.雙交滑移增殖機(jī)制螺型位錯經(jīng)雙交滑移后可形成刃型割階，由于此割階不在原位錯的滑移面上，因此它不能隨原位錯線一起向前運動，即對原位錯產(chǎn)生釘扎作用，并使原位錯在滑移面上滑移時成為一個弗蘭克一瑞德源。2.雙交滑移增殖機(jī)制螺型位錯經(jīng)雙交滑移后可形成刃型割11

F-R源開動時，位錯彎曲的最小曲率半徑是L/2，因位錯張力而受的向心力F=2

/L≈Gb2/L

，所以開動F-R源的最小分切應(yīng)力約為Gb/L。一般L約為1

m，b約為0.1nm，故開動F-R源的分切應(yīng)力約為10-4G。這個值接近晶體的屈服應(yīng)力。

F-R源開動時，位錯彎曲的最小曲率半徑是L/2，因位122.位錯的塞積當(dāng)位錯在滑移過程中遇到沉淀相、晶界等障礙物時，可能被阻擋停止運動，并使由同一位錯源增殖的后續(xù)位錯發(fā)生塞積。塞積使障礙處產(chǎn)生了應(yīng)力集中。2.位錯的塞積當(dāng)位錯在滑移過程中遇到沉淀相、晶界等障礙物時，13滑移面上的障礙物（晶界等）阻礙位錯運動，使同一個位錯源發(fā)出的同號位錯先后被障礙物阻塞，形成位錯塞積群?；泼嫔系恼系K物（晶界等）阻礙位錯運動，使同一個位錯14障礙物可以是晶界、雜質(zhì)粒子、固定位錯等。

整個塞積群對位錯源有一反作用力。當(dāng)塞積位錯的數(shù)目達(dá)到n時，這種反作用力與外加切應(yīng)力可能達(dá)到平衡。此時，位錯源則會關(guān)閉；要想繼續(xù)滑移，就必須增大外力，這是應(yīng)變硬化的機(jī)制之一。不銹鋼中晶界前塞積的位錯障礙物可以是晶界、雜質(zhì)粒子、固定位錯等。整個塞積群對位15高錳鋼中位錯被堵塞在晶界附近高錳鋼中位錯被堵塞在晶界附近16Cu-4Ti合金中位錯被堵塞在晶界附近Cu-4Ti合金中位錯被堵塞在晶界附近17位錯源發(fā)出的位錯向前運動時，一方面受驅(qū)使它向前移動的力，另一方面受到前方塞積群對它的排斥力。在位錯塞積群中，位錯間的距離由領(lǐng)先位錯開始依次向后越來越大,即位錯的排列由領(lǐng)頭位錯開始依次向后越來越疏。位錯塞積群中的位錯個數(shù)n正比于外加切應(yīng)力

0。和位錯源至障礙物間的距離L。當(dāng)L一定時，晶體滑移面受

0作用，位錯源不斷放出位錯，使塞積群中的位錯數(shù)目逐漸增多。當(dāng)位錯達(dá)到一定數(shù)目時，塞積群便可以抑制位錯源繼續(xù)向外放出位錯。位錯源發(fā)出的位錯向前運動時，一方面受驅(qū)使它向前移動的18塞積群不僅對位錯源有抑制作用，而且對障礙物也有作用。位錯塞積群對障礙物的作用力是外加切應(yīng)力的n倍。塞積群中的位錯數(shù)目越多，塞積群對障礙物的作用力越大。領(lǐng)先位錯的前端會產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中。這種強(qiáng)大的應(yīng)力集中可以使塞積群中的螺型位錯通過交滑移而越過障礙物，也會使領(lǐng)先位錯前端的相鄰晶粒內(nèi)的位錯源開動。應(yīng)力集中大到一定程度時，甚至可以把障礙物摧毀。塞積群不僅對位錯源有抑制作用，而且對障礙物也有作用。19位錯塞積的結(jié)果位錯切過障礙物：當(dāng)障礙物強(qiáng)度較低時，運動的位錯可能將障礙物切開。

位錯塞積的結(jié)果位錯切過障礙物：當(dāng)障礙物強(qiáng)度較低時，運動的位錯20位錯繞過障礙物：當(dāng)障礙物強(qiáng)度較高時，運動的位錯可能繞過障礙物，并在障礙物外留下位錯環(huán)。位錯繞過障礙物：當(dāng)障礙物強(qiáng)度較高時，運動的位錯