金屬學(xué)第三章2 晶體缺陷.ppt

1、1,第三章 晶體缺陷 ,2,判斷位錯線運動方向的方法,右手定則 大拇指指向晶體運動方向與b方向相同的那部分晶體的相對位置 食指指向位錯線的正方向 中指指向位錯線的運動方向,四、位錯線的運動,第2節(jié) 線缺陷位錯(Dislocations),問題：位錯掃過的面兩側(cè)會相對滑移b，究竟哪一側(cè)滑動了b？ 判別方法：右手定則,3,(一)刃型位錯的運動,兩種：滑移和攀移 1.滑移運動 形成一個原子間距的滑移臺階，在晶體外表面形成肉眼可見的滑移痕跡。保守運動或守恒運動。,四、位錯線的運動,4,位錯運動的微觀機理,上、下晶體相對移動了一個b,(一)刃型位錯的運動,四、位錯線的運動,5,刃型位錯滑移運動的特點：,

2、使刃型位錯產(chǎn)生滑移運動的力是作用在滑移面上且平行于b的切應(yīng)力； 位錯線的運動方向與切應(yīng)力平行。在同一切應(yīng)力作用下，正、負刃位錯的運動方向相反； 刃型位錯線運動的結(jié)果，使位錯線掃過區(qū)的上下兩半晶體產(chǎn)生了值為b的相對位移。 晶體的位移方向完全取決于外切應(yīng)力 ，與位錯線的運動方向和柏氏矢量b的方向平行。 不能單純由位錯線的運動方向或柏氏矢量的方向來確定晶體的相對運動方向。,1.滑移運動,四、位錯線的運動,6,2.刃型位錯的攀移,正攀移 負攀移,攀移可通過物質(zhì)遷移即原子或空位的擴散來實現(xiàn) 攀移運動難度大，是熱激活過程。 壓應(yīng)力促進正攀移，拉應(yīng)力促進負攀移,四、位錯線的運動,7,發(fā)生攀移的條件,正應(yīng)力

3、高溫 高濃度的空位,攀移的特點： 攀移是通過空位遷移和原子擴散來實現(xiàn)的，它必然引起晶體體積的變化。因此攀移稱之為非保守運動或非守恒運動。,2.刃型位錯的攀移,四、位錯線的運動,8,(二)螺型位錯的運動,1. 滑移運動,四、位錯線的運動,9,滑移運動特點：,引起螺位錯滑移的力是平行于b的切應(yīng)力。 位錯線運動方向垂直于位錯線，在同一切應(yīng)力作用下左、右螺位錯的運動方向相反。 位錯線運動的結(jié)果，使位錯線掃過區(qū)上下兩半晶體產(chǎn)生值為b的相對位移。晶體位移的方向完全取決于外切應(yīng)力方向。 位移方向與位錯線的運動方向垂直，但與b平行。,(二)螺型位錯的運動,四、位錯線的運動,10,2.交滑移,(二)螺型位錯的運

4、動,四、位錯線的運動,11,(三)混合位錯的運動,四、位錯線的運動,12,位錯運動特點的總結(jié),刃型位錯：滑移和攀移。 滑移是位錯在滑移面上做平面運動；攀移則是位錯垂直于滑移面方向運動。 滑移不會引起體積變比，稱之為保守運動(守恒運動);攀移需要原子和空位的遷移，會引起體積的變化，稱為非保守運動(非守恒運動)。 螺型位錯：滑移和交滑移。 垂直于額外半原子面的正應(yīng)力也會促進攀移。,四、位錯線的運動,13,刃型位錯的滑移面是由位錯線和柏氏矢量確定的唯一平面 螺型位錯的滑移面則有一系列以位錯線為共同轉(zhuǎn)軸的滑移面，但一般是在密排面上進行滑移。 位錯線的移動方向與位錯線垂直。 晶體的滑移方向總是沿著柏氏矢

5、量方向。 刃型位錯線的運動方向和晶體滑移方向相平行，螺型位錯線的運動方向和晶體滑移方向相垂直；混合位錯線的移動方向和晶體移動方向成090交角。 金屬塑性變形是通過位錯的運動來實現(xiàn)的。,位錯運動特點的總結(jié),四、位錯線的運動,14,大量位錯的運動導(dǎo)致晶體的宏觀塑性變形,四、位錯線的運動,15,舉例,位錯環(huán)的各邊是什么位錯? 在足夠大剪應(yīng)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(yīng)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? 在壓應(yīng)力作用下會如何呢？,已知位錯環(huán)ABCDA的柏氏矢量為b，外應(yīng)力為和。求：,四、位錯線的運動,16,四、位錯線的運動,17,(四) 位

6、錯線之間的交截,割階：位錯線上垂直于滑動面的曲折部分。 彎折：位錯線位于滑動面上的曲折部分。,四、位錯線的運動,18,1.兩個柏氏矢量平行的刃位錯交割,(四) 位錯線之間的交截,四、位錯線的運動,結(jié)果：彎折，螺型位錯，可動,19,2.兩個柏氏矢量垂直的刃位錯交割,(四) 位錯線之間的交截,四、位錯線的運動,結(jié)果：A出現(xiàn)割階，刃型位錯，不可動；B不變。,20,3.兩個柏氏矢量垂直的刃位錯和螺位錯交割,(四) 位錯線之間的交截,四、位錯線的運動,結(jié)果：A出現(xiàn)割階，刃型位錯，不可動； B出現(xiàn)彎折，刃型位錯，可動。,21,刃位錯與螺型位錯交割,QQ為螺位錯CD上的刃型彎折，滑移面為與AB垂直并包括CQ

7、QD的平面，它也是CD位錯的滑移面。,PP 不能隨AB一起移動，對其運動有阻礙作用。產(chǎn)生加工硬化的原因之一。,(四) 位錯線之間的交截,四、位錯線的運動,22,4.兩個柏氏矢量垂直的螺型位錯交截,(四) 位錯線之間的交截,四、位錯線的運動,結(jié)果：A B均出現(xiàn)割階，刃型位錯，不可動。加工硬化的原因之一。,23,正攀移 負攀移,兩螺型位錯的交截,(四) 位錯線之間的交截,四、位錯線的運動,24,小割階：幾個原子間距,大割階：大于60個原子間距,中割階：幾個60個原子間距,大割階的形成機理：由小割階合并而成,4.兩螺型位錯的交截,四、位錯線的運動,25,4.兩螺型位錯的交截,四、位錯線的運動,螺型位

8、錯的能量低于刃型位錯，在變形時更容易形成，晶體中的螺型位錯密度較高，交互作用時產(chǎn)生的割階較多，位錯運動的阻礙作用較強。,26,位錯交截運動的規(guī)律,位錯相互交截時產(chǎn)生“彎折”或“割階”。 位錯上“彎折”或“割階”部分的柏氏矢量與該位錯的相同。 “割階”與原位錯不在同一滑移面上，將成為位錯運動的障礙。 “彎折”可以是刃型位錯，也可以是螺型位錯，它可因位錯線張力而消失，使原位錯線重新變直。 “割階”都是刃型位錯。,(四) 位錯線之間的交截,四、位錯線的運動,27,(五)位錯滑移的晶格阻力,位錯必須越過勢壘才能移動，這個勢壘就是位錯運動的阻力，稱為晶格阻力。 由于派爾斯(Peirls)和納巴羅(Nab

9、arro)估算了此阻力，所以亦稱為“派-納力”。,四、位錯線的運動,28,重要結(jié)論：,(五)位錯滑移的晶格阻力,四、位錯線的運動,通過位錯移動使晶體滑移所需臨界切應(yīng)力p很小，僅為理想晶體m的 1/1001/1000。P-N力正好相當于實際金屬單晶體產(chǎn)生塑性變形的臨界分切應(yīng)力，這也證明“晶體滑移是通過位錯的運動來實現(xiàn)”的論斷是正確的。,29,晶格阻力(P)隨著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最大，最密排方向其b值最小，這就很容易解釋“晶體塑性變形多是沿著晶體中最密排面和最密排方向進行”。 晶格阻力隨位錯寬度w的減小而增大。離子晶體、陶瓷和共價鍵物質(zhì)位錯寬度很小，故其晶

10、格阻力很大，表現(xiàn)出脆性，而塑性材料的位錯寬度較大，晶格阻力則較小。,(五)位錯滑移的晶格阻力,四、位錯線的運動,30,五、作用在位錯上的力及位錯的相互作用力,(一) 作用在位錯線上的力,作用在位錯線上的力所做的功(F為作用在單位長度位錯上的力)： W1FLS 位錯線滑移S距離后，上下晶體之間相對移動了距離b，則外力所做的功為； W2(LS)b 由虛功原理W1=W2得； F =b,31,注意:,作用在位錯線上的力(F)是一個假想的力； F導(dǎo)致位錯線運動，其方向必然與位錯線運動方向相一致，即垂直于位錯線，其方向可用右手定則去判斷； 引起位錯滑移運動的外加切應(yīng)力必需是作用在滑動面上且平行于b的切應(yīng)力

11、分量，而與F之間只有在刃位錯時是相互平行的，對螺位錯而言F。F是虛力； 作用在位錯線上的力可以是外加的，也可以是晶體內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力分量。,五、作用在位錯上的力及位錯的相互作用力,(一) 作用在位錯線上的力,32,(二) 兩平行位錯間的交互作用,位錯周圍存在應(yīng)力場。 實際晶體中往往有許多位錯同時存在。任一位錯在其相鄰位錯應(yīng)力場作用下都會受到作用力，力的類型和大小隨位錯類型、柏氏矢量大小和位錯線相對位向的變化而變化。,五、作用在位錯上的力及位錯的相互作用力,33,1.在同一滑動面上的刃位錯間的作用力,同性相斥(指一個位錯的切應(yīng)力場導(dǎo)致另外一個同號位錯向外運動，好像是互相排斥)，B位錯向右運動。,X0

12、時只有切應(yīng)力,Z,(二) 兩平行位錯間的交互作用,五、作用在位錯上的力及位錯的相互作用力,34,2.在同一滑移面上的螺位錯間的作用力,兩平行螺型位錯間的作用力，其大小與兩位錯強度的乘積成正比，而與兩位錯間距成反比，其方向則沿徑向r垂直于所作用的位錯線。 當b1與b2同向時，f0，即兩同號平行螺型位錯相互排斥 當b1與b2反向時，f0，即兩異號平行螺型位錯相互吸引。,(二) 兩平行位錯間的交互作用,五、作用在位錯上的力及位錯的相互作用力,35,3. 兩平行滑動面上位錯間的交互作用,X=0時，F(xiàn)0 X=h時，F(xiàn)0 |X|h|時，F(xiàn)0,(1)滑移力,(二) 兩平行位錯間的交互作用,五、作用在位錯上的

13、力及位錯的相互作用力,36,(2)攀移力,刃位錯線上受到的攀移力是：Fxxb 位錯A的應(yīng)力場正好存在與bB方向平行的正應(yīng)力分量xx，故B位錯受到的攀移力為 F為:,五、作用在位錯上的力及位錯的相互作用力,37,注 意,在互相平行的螺位錯與刃位錯之間，由于兩者的柏氏矢量相垂直，各自的應(yīng)力場均沒有使對方受力的應(yīng)力分量，故不發(fā)生作用。,若是兩平行位錯中有一根或兩根都是混合位錯時，可將混合位錯分解為刃型和螺型分量，再分別考慮它們之間作用力的關(guān)系，疊加起來就得到總的作用力。,五、作用在位錯上的力及位錯的相互作用力,38,4. 位錯與表面間的作用力(映象力),平行于晶體表面的單位長度螺型位錯的彈性應(yīng)變能：

14、,位錯線受到的表面吸引力：,說明： 該力相當于在自由表面外側(cè)與位錯成鏡面對稱的位置放置一個反號的螺型位錯(稱為映像位錯)對真實位錯的作用力，稱之為映像力。 在兩個彈性模量不同的材料邊界附近，界面也會對它產(chǎn)生映像力。 在薄膜晶體中映像力將起重要作用。,五、作用在位錯上的力及位錯的相互作用力,39,六、位錯的增殖,(一) 位錯密度 除了精心制作的細小晶須外，在通常的晶體中都存在大量的位錯。晶體中位錯的量常用位錯密度表示。 位錯密度：單位體積晶體中所含的位錯線的總長度。 =L/V(1/cm2) 式中L為位錯線的總長度，V是晶體的體積。,40,為了便于表征，常把位錯線當作直線，并且假定晶體的位錯是平行

15、地從晶體的一端延伸到另一端，這樣，位錯密度就等于穿過單位面積的位錯線數(shù)目，即： = L/V = nl/(lA) = n/A l為每根位錯線的長度,n為在面積A中的位錯數(shù)目。 顯然，并不是所有位錯線與觀察面相交，故按此求得位錯密度將小于實際值。 利用這一定義可以測定位錯密度：電鏡法,六、位錯的增殖,(一) 位錯密度,41,實際晶體中的位錯密度范圍： 經(jīng)充分退火的多晶體金屬中，位錯密度約為106108/cm2； 經(jīng)精心制備和處理的超純金屬單晶體，位錯密度可低于103/cm2； 經(jīng)過劇烈冷變形的金屬，位錯密度可高達10101012/cm2 。,六、位錯的萌生與增殖,(一) 位錯密度,42,(二) 位

16、錯的萌生,晶體在生長過程中產(chǎn)生位錯 由于溫度梯度、濃度梯度、機械振動等的影響，使生長著的晶體偏轉(zhuǎn)或彎曲，引起相鄰晶塊之間有位向差，形成位錯； 晶體生長過程中由于相鄰晶粒發(fā)生碰撞或因液流沖擊，以及冷卻時體積變化的熱應(yīng)力等原因會使晶體表面產(chǎn)生臺階或受力變形而形成位錯。 局部應(yīng)力集中和塑性變形形成位錯 晶體內(nèi)部的某些界面(如第二相質(zhì)點、孿晶界、晶界等)和微裂紋附近往往存在應(yīng)力集中，當此應(yīng)力高至足以便該局部區(qū)域發(fā)生滑移時，就在該區(qū)域產(chǎn)生位錯。晶體在形變過程中產(chǎn)生應(yīng)力集中也會在局部區(qū)域形成位錯。,六、位錯的萌生與增殖,43,完整晶體經(jīng)受完整晶體經(jīng)受彎曲后，將會通過在晶體內(nèi)產(chǎn)生一定數(shù)量的刃位錯，以補償由于

17、彎曲造成的出現(xiàn)矢徑不同的表面上的尺度差異。,44,過飽和空位凝聚過程形成位錯 金屬熔體自高溫以較快速率冷卻時晶體內(nèi)存在大量的過飽和空位，空位的聚集形成空位盤，塌陷后就能形成位錯，為位錯環(huán)。,(二) 位錯的萌生,六、位錯的萌生與增殖,45,棱柱位錯的概念,(二) 位錯的萌生,六、位錯的萌生與增殖,46,(三) 位錯的增殖,1. Frank-Read源,A、B兩點為位錯的釘扎點，可以是沉淀相、割階等。,六、位錯的萌生與增殖,啟動FR位錯源所需的分切應(yīng)力 包括兩部分： P-N力 位錯彎曲切應(yīng)力,47,Gb/2R,位錯源彎曲的切應(yīng)力,1. Frank-Read源,六、位錯的萌生與增殖,公式推導(dǎo)： 長度

18、為ds的位錯線處于受力平衡狀態(tài)時：bds 2Tsin 由于ds=R2; 很小時, sin 所以: bR2=2T bR=T=KGb2 =KGb/R Gb/2R,48,分析討論： =Gb/2R。 位錯處于直線狀態(tài)時，R=， 此時最??； 位錯彎曲成半圓時，R=L/2， =Gb/L； 位錯線繼續(xù)彎曲時，RL/2， 所需切應(yīng)力由大變小。 因此，位錯呈半圓形時是個臨界位置。位錯增殖克服線張力所需的臨界切應(yīng)力c=Gb/L。,在塑性變形過程中，會產(chǎn)生越來越多的位錯，它們之間如果發(fā)生交截，就會使可動位錯越來越短，對開動位錯源所需的臨界切應(yīng)力就越來越高，這也是加工硬化的原因之一。,六、位錯的萌生與增殖,(三) 位

19、錯的增殖,1. Frank-Read源,49,2. 雙交滑移源(補充),螺型位錯經(jīng)雙交滑移后可形成刃型割階，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F-R源。多次交滑移可以產(chǎn)生很多位錯圈。,六、位錯的萌生與增殖,50,補充知識：,1.沉淀相與位錯的相互作用,51,52,沉淀相與位錯之間交互作用特點 停止運動，造成應(yīng)力集中。 繼續(xù)滑移，并穿過沉淀顆粒，使顆粒沿著滑移面被切成兩半，并發(fā)生相對位移b(在沉淀顆粒硬度較低時容易出現(xiàn))。 繼續(xù)滑移，但繞過顆粒，因而在顆粒周圍留下一個位錯環(huán)，環(huán)內(nèi)是未滑移區(qū)。 繼續(xù)滑移，但在顆粒周圍發(fā)生交滑移。,補充知識：,1.沉淀相與位錯的相互作用,5

20、3,2. 位錯與點缺陷之間的交互作用,晶體中常見的點缺陷有空位、溶質(zhì)原子和雜質(zhì)原子等，位錯與點缺陷在一起時會發(fā)生彈性、化學(xué)、電學(xué)和幾何交互作用，其中彈性交互作用最為重要。形成科垂耳氣團、斯諾克氣團、鈴木氣團，阻礙位錯運動，產(chǎn)生固溶強化效應(yīng)。,補充知識：,54,3. 位錯的塞積,位錯在運動中除了會與點缺陷、線缺陷發(fā)生交互作用外，還會遇到面缺陷如晶界、孿晶界、相界等而發(fā)生塞積現(xiàn)象。,補充知識：,55,塞積群的特點,塞積群中的位錯都是同號刃型位錯，位錯之間相互排斥。 整個位錯塞積群對位錯源有一個反作用力0，塞積群所含有的位錯數(shù)目n越大，反作用力則越大。外力與塞積群反作用力相平衡，外力就無法開動位錯源

21、。 整個塞積群擠在障礙物處，障礙物會受到很大的擠壓力(外切應(yīng)力的n倍)，當這個力大到一定值時，就會把障礙物“沖垮”，這意味著晶體要開始變形。,3. 位錯的塞積,補充知識：,56,位錯塞積導(dǎo)致的后果,導(dǎo)致F-R源開動所需的應(yīng)力大大增加，材料加工硬化。 若塞積位錯是刃型的，當n足夠大時會出現(xiàn)微裂紋。 若障礙物是晶界，則可能引發(fā)相鄰晶粒內(nèi)(在結(jié)晶附近)的F-R源啟動，發(fā)生塑性變形。 若障礙物是沉淀顆粒,位錯是螺型的,則可發(fā)生交滑移；若位錯是刃型的，變形溫度又很高，則位錯可能發(fā)生攀移。交滑移和攀移都使塞積應(yīng)力下降，導(dǎo)致材料軟化。,3. 位錯的塞積,補充知識：,57,58,舉例,59,柏氏矢量恰好等于單

22、位點陣矢量的位錯稱為單位位錯。 柏氏矢量為單位點陣矢量整數(shù)倍的位錯稱為全位錯。 柏氏矢量不等于單位點陣矢量的位錯稱為不全位錯或部分位錯 肖克萊（Shockley)不全位錯 弗蘭克（Frank）不全位錯,七、實際晶體中的位錯組態(tài),60,(一) 面心立方晶體,1.單位位錯 b=a/2,七、實際晶體中的位錯組態(tài),61,將(111)面向右局部滑移，滑移矢量b=a/2110，就形成了一個全位錯。 從原子尺寸看位錯線是折線，而宏觀地看則是直線。 面心立方晶體111面的堆垛層次是ABCABC。,形成全位錯時密排面堆垛層次未變,七、實際晶體中的位錯組態(tài),(一) 面心立方晶體,62,2.肖克萊不全 位錯,七、實

23、際晶體中的位錯組態(tài),(一) 面心立方晶體,63, A層原子 B層原子 C層原子,2.肖克萊不全位錯,七、實際晶體中的位錯組態(tài),(一) 面心立方晶體,64,肖克萊不全位錯的特征,柏氏矢量為a/6 可以是刃型、螺型或混合型位錯 可以滑移，不能攀移，滑移面為111。 不僅是已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界，也是層錯區(qū)的邊界) 即使是螺型不全位錯，也不能交滑移，因為柏氏矢量不是兩個111的交線,故不能從一個滑移面轉(zhuǎn)到另一個滑移面。,七、實際晶體中的位錯組態(tài),可動位錯,65,3.弗蘭克不全位錯,七、實際晶體中的位錯組態(tài),(一) 面心立方晶體,垛,柏氏矢量為a/3,66,Frank不全位錯的形成方式 過飽和空位聚

24、集成盤，“崩塌”下來形成一片層錯，層錯的邊緣是負Frank位錯。 過飽和自間隙原子(例如經(jīng)嚴重輻照時) 在密排面沉積成原子片，形成了1片層錯，這層錯的邊緣是正Frank位錯。,七、實際晶體中的位錯組態(tài),67,Frank不全位錯的特點,Frank位錯不能滑移，只能攀移； 位錯線位于111面上，可以是任何形狀，包括直線、曲線和封閉環(huán)，但都是刃型位錯。,3.弗蘭克不全位錯,七、實際晶體中的位錯組態(tài),不滑動位錯或固定位錯,68,4.擴展位錯,這種兩個不全位錯之間夾有一個層錯的位錯組態(tài)；或者說一個全位錯分解為2個肖克萊不全位錯，中間夾著一片層錯的組合就叫做擴展位錯。b1b2b3層錯,本來在B處的原子由于

25、滑移(形成肖克萊不全位錯)到了C位置，原子錯位。 注意：B和C表示原子的位置，在同一層面內(nèi)。,七、實際晶體中的位錯組態(tài),69,擴展位錯的性質(zhì)和特點 位于111面上，由兩條平行的Schockley分位錯中間夾著一片層錯區(qū)組成。 柏氏矢量b1b2b3a/2，b2和b3的夾角為60 組成擴展位錯的兩個Schockley分位錯由于交互作用必然處于相互平行的位置。,4.擴展位錯,七、實際晶體中的位錯組態(tài),70,Schockley不全位錯只能滑移，不能攀移。故擴展位錯也只能滑移，只能總體運動。 由于擴展位錯只能做總體運動，所需作用力大于使單個位錯滑移的應(yīng)力，故滑移更困難。 在外力下擴展位錯可以發(fā)生束集，發(fā)

26、生束集，形成全位錯，因而在一定條件下可以發(fā)生交滑移。,4.擴展位錯,七、實際晶體中的位錯組態(tài),擴展位錯的性質(zhì)和特點,71,層錯區(qū)寬度的計算,假定一個螺型單位位錯的b=a101，分解為兩個柏氏矢量為b1和b2的肖克萊不全位錯。,4.擴展位錯,七、實際晶體中的位錯組態(tài),72,層錯區(qū)幾乎不產(chǎn)生點陣畸變，但它破壞了晶體的完整性和正常的周期性，故使晶體的能量有所增加，這部分增加的能量稱”堆垛層錯能(J/m2)，可用實驗方法間接測得。 晶體中出現(xiàn)層錯的幾率與層錯能有關(guān)，層錯能越高則幾率越小。如在層錯能很低的奧氏體不銹鋼中，?？煽吹酱罅康膶渝e，而在層錯能高的鋁中，就看不到層錯。,4.擴展位錯,七、實際晶體中

27、的位錯組態(tài),73,經(jīng)變形的Cu-7Al合金明場衍襯像,在XY線上形成Lomer-Cottrell阻塞；F處是堆垛層錯；N處是一些位錯結(jié)點。,4.擴展位錯,七、實際晶體中的位錯組態(tài),74,七、實際晶體中的位錯組態(tài),75,位錯的束集,擴展位錯的寬度主要取決于晶體的層錯能。 當擴展位錯的局部區(qū)域受到某種障礙時，擴展位錯在外切應(yīng)力作用下其寬度將會縮小，甚至重新收縮成原來的全位錯，稱為束集。,問題：為什么層錯能低的金屬(如Cu、不銹鋼)中很難看到交滑移，而在層錯能高的金屬(如Al)中易于觀察到交滑移？,76,擴展位錯的交滑移,由于擴展位錯只能在其所在的滑移面上運動，若要進行交滑移，擴展位錯必須首先束集成

28、全螺型位錯。,面心立方晶體a110/2位錯 形成的擴展位錯的交滑移過程,熱激活有助于位錯束集的實行，升高溫度可促進擴展位錯的交滑移。,77,鈴木氣團,溶質(zhì)原子與擴展位錯之間會發(fā)生化學(xué)交互作用，產(chǎn)生鈴木氣團。鈴木秀次指出，由于擴展位錯的層錯區(qū)具有與周圍基體不同的晶體結(jié)構(gòu)（如fcc中層錯區(qū)屬hcp），為保持熱力學(xué)平衡，溶質(zhì)原子在層錯區(qū)濃度與在基體中濃度不同，有的原子偏聚于層錯區(qū)，減小表面能，使層錯區(qū)寬度d增大，不易于束集，難于交滑移，從而提高合金強度，這種由化學(xué)交互作用而產(chǎn)生溶質(zhì)原子在層錯區(qū)偏聚，構(gòu)成了“鈴木氣團”。與科垂耳氣團比較: 鈴木氣團與溫度無關(guān) ，鈴木氣團與位錯類型無關(guān)。,78,5.位錯

29、反應(yīng)和固定位錯,位錯反應(yīng) 幾何條件：根據(jù)柏氏矢量守恒性，反應(yīng)前后諸位錯的柏氏矢量之和相等，即b前b后 能量條件：從熱力學(xué)的角度看位錯反應(yīng)后應(yīng)變能必須有所降低?？山频貙⑽诲e反應(yīng)的能量判據(jù)取為： b2前 b2后,七、實際晶體中的位錯組態(tài),79,5.位錯反應(yīng)和固定位錯,七、實際晶體中的位錯組態(tài),80,5.位錯反應(yīng)和固定位錯,七、實際晶體中的位錯組態(tài),81,固定位錯,不能產(chǎn)生滑移運動的刃型位錯。,七、實際晶體中的位錯組態(tài),特點： 位錯滑動面與晶體滑移面不一致。,實例： 弗蘭克不全位錯。,82,固定位錯,Lomer位錯 位錯線AB的ba110/2，是單位位錯，而且位錯線與b垂直，是純?nèi)行臀诲e，但是AB

30、和b所確定的滑動面是(001)，它不是面心立方晶體特有的滑移面111，所以是固定位錯，不能做滑移運動。這類位錯稱之為Lomer位錯。,Lomer位錯反應(yīng),七、實際晶體中的位錯組態(tài),83,Lomer-Cotroll位錯,反應(yīng)生成的位錯線為AB，夾在兩個層錯的中間，滑移面為001，不可動。這種結(jié)構(gòu)的位錯稱之為面角位錯，也稱之為Lomer-Cotroll位錯。AB位錯稱為壓桿位錯，阻礙2個擴展位錯運動。,七、實際晶體中的位錯組態(tài),84,6.Thompson四面體,AB有兩種分解方法,七、實際晶體中的位錯組態(tài),85,Thompson四面體的作用,確定某一單位位錯可能分解為哪兩種肖克萊不全位錯組成的擴展

31、位錯。 確定Lomer位錯(2個單位位錯反應(yīng)生成一個不可動Lomer位錯) 確定Cottrell-Lomer位錯 一個單位位錯和一個肖克萊不全位錯可以反應(yīng)生成一個弗蘭克不全位錯。,L1,L2,6.Thompson四面體,七、實際晶體中的位錯組態(tài),86,(二) 密排六方晶體中的位錯,全位錯 柏氏矢量為AB、BC、AC ba/3 Schockley不全位錯 b=a/3,七、實際晶體中的位錯組態(tài),87,(二) 密排六方晶體中的位錯,88,Frank不全位錯,和FCC晶體類似，在HCP晶體中，過飽和空位或間隙原子的擇優(yōu)聚集和塌陷也會形成Frank位錯環(huán)。,(二) 密排六方晶體中的位錯,89,(三) 體

32、心立方晶體中的位錯,全位錯 b=a/2?；泼嬗?個110、3個112、6個123三類。在外力作用下，螺型全位錯沿不同的110面或沿以上晶面組合發(fā)生交滑移，容易得到波浪型的滑移線。,七、實際晶體中的位錯組態(tài),90,位錯環(huán) 在輻照后的BCC晶體中過飽和的間隙原子和空位片會擇優(yōu)聚集在密排的110面上，形成柏氏矢量b=a/2的位錯環(huán)。但由于這些面上不能形成穩(wěn)定的層錯，故上述位錯環(huán)通過反應(yīng)，形成b=a/2和b=a的位錯環(huán)。,(三) 體心立方晶體中的位錯,七、實際晶體中的位錯組態(tài),91,孿晶位錯 bcc晶體的孿晶面為112、孿生方向111,孿生滑移量為111a/6，一般要求在孿晶厚度幾百甚至幾千平行的1

33、12面上都形成柏氏矢量111a/6的Shockley分位錯，這是不可能的。,(三) 體心立方晶體中的位錯,92,(三) 體心立方晶體中的位錯,裂紋位錯,93,八、位錯的觀察(補充),1.蝕坑法,94,95,2.電鏡法,96,鍺晶體中位錯的電子顯微鏡圖象,97,九、位錯理論的應(yīng)用 (補充),1.晶體的實際強度為什么遠低于理論強度? 這是因為實際晶體的塑性變形是通過局部滑移進行的，故所加外力僅需破壞局部區(qū)域滑移面兩邊原子的結(jié)合鍵，而此局部區(qū)域是有缺陷(即位錯)的區(qū)域，此處原子本來就處于亞穩(wěn)狀態(tài)，只需很低的外應(yīng)力就能離開平衡位置，發(fā)生局部滑移。,98,2.晶體為什么會加工硬化？ 因為晶體在塑性變形過

34、程中位錯密度不斷增加，使彈性應(yīng)力場不斷增大，位錯間的交互作用不斷增強，因而位錯的運動越來越困難。具體地說，引起晶體加工硬化的機制有：位錯的塞積、位錯的交割(形成不易或不能滑移的割階、或形成復(fù)雜的位錯纏結(jié))、位錯的反應(yīng)(形成不能滑移的定位錯)、易開動的位錯源(即極軸位錯之間的距離大的F-R源)不斷消耗等等。,九、位錯理論的應(yīng)用 (補充),99,3.金屬為什么會退火軟化? 因為金屬在退火過程中位錯在內(nèi)應(yīng)力作用下通過滑移和攀移而重新排列，以及異號位錯相消而使位錯密度下降。位錯的重排發(fā)生在低溫退火(回復(fù))過程，此時同號刃位錯排成位錯墻，形成多邊化結(jié)構(gòu)(對單晶體)或亞晶粒，其主要效果是消除內(nèi)應(yīng)力和使物理性質(zhì)(如電阻率)恢復(fù)到冷加工前的數(shù)值。位錯密度的顯著下降發(fā)生在高溫退火(再結(jié)晶)過程，它導(dǎo)致金屬顯著軟化(強度顯著下降)。,九、位錯理論的應(yīng)用 (補充),100,4.位錯如何使晶體的彈性模量減小? 可以用一對位于相距很近的平行滑移面上的異號刃型位錯間的交互作用來解釋。 5.BCC晶體中為何出現(xiàn)明顯屈服點和應(yīng)變時效現(xiàn)象? 這主要是因為間隙式元