第一章工程材料中的原子排列2.ppt.ppt

4. 位错的运动 4. 位错的运动 位错交割的过程：有两个相互垂直的刃位错AB，CD。假定CD不动，AB向右扫过其滑移面，晶体上下两部分发生b1的切变。CD被切成Cm和nD两段，并相对位移mn，整条位错线变为折线CmnD。 7. 实际晶体中的位错 (1) 常见金属中的位错：分全位错和不全位错。 1) 全位错和不全位错：实际晶体中，位错的柏氏矢量应符合晶体的结构条件和能量条件。 结构条件：柏氏矢量必须连接相邻两个原子平衡位置。 能量条件：柏氏矢量必须使位错处于最低能量。 作业 4 * （2）位错应力场 （a）螺位错应力场 模型建立： 结果： 说明： 仅有z方向的切应力，无正应力。 切应力与θ无关，随r增大而减小。 化为直角坐标时，仅存在与z有关的切应力。 厚壁圆桶——沿径向切开——沿z方向错动b —— 胶合 * （b）刃位错应力场 模型建立： 结果： 说明： 既有正应力，也有切应力。 与z轴有关的切应力均为零。 厚壁圆桶——沿径向切开——沿x轴错动|b|——胶合 * （3）位错应变能 单位长度螺位错应变能： 单位长度刃位错应变能： 单位长度混合位错应变能： 其中： * （a）比较 wE wS （b）一般公式 其中：α为几何因素系数，约0.5～1.0 * （c）小结 位错——点阵畸变——应变能 b↓——w↓——位错能量↓——越稳定 其大小 说明 * （d）螺位错应变能公式的推导 柱坐标下单位体积应变能为： 对于螺位错仅有εθz不为零 故，对体积为V（长为L）的螺位错有 * 即： 积分 得： * 2）作用在位错线上的力与位错线张力 （1）作用在位错线上的力 * （a）公式推导 外力τ使长为l的位错移动了ds， τ作功dw1 假想有一力F作用于位错上，则F 作功dw2 有 单位长度位错线上的力： * （b）说明 Fd∝τ，Fd∝b Fd⊥位错线，指向未滑移区 Fd为假象力，其方向与τ不一定一致。（如螺位错Fd⊥τ） * （2）位错线张力 位错受力 弯曲 伸长 线张力 位错变直 能量↓ 能量↑ （a）线张力的概念 （b）作用 使位错变直——降低位错能量 相当于物质弹性——称之为位错弹性性质 类似于液体的表面张力。 * （c）公式 C ——曲线形状因子 * （d）实例—— 两端固定位错在τ下弯曲的问题 τ使位错弯曲，即r↓ T使位错变直，即r↑ 当二者平衡时 * * 3）位错间的交互作用与位错塞积 （1）相互平行的位错之间的交互作用 同号位错相斥 体系能量下降 （a）同号位错： * 异号位错相吸 （b）异号位错： 体系能量下降 异号位错合并，抵消或 b 减小 * （2）相互垂直的位错之间的交互作用 —— 形成大小、方向等于对方 b 的割阶或扭折 割阶：不在原滑移面上的拐折。 扭折：在原滑移面上的拐折，不稳定，易消失，不影响滑移。 —— 位错交割 C D A B 交割前 C D m n b1 交割后 * 两柏氏矢量相互垂直的刃位错相互交截 * 刃位错、螺位错相互交截 （3）位错塞积——位错与面缺陷的交互作用 * 位错滑移 障碍物 位错塞积 前端应力高度集中 交滑移、攀移 越过障碍物继续滑移 应力松弛 破裂 障碍物另侧塑变 遇到 产生 导致 结果 * 6. 位错的增殖 1）问题的提出： 位错数量减少 位错划出晶体 位错相互抵消 一定温度 位错数量一定 （热力学平衡条件） 变形 变形↑ 位错数量↑ 增殖机制 猜想： 实际： * 弯曲 卷曲 分裂增殖 变直 2）弗兰克-瑞德源（F-R源） …… （a）增殖过程 * （b）F－R源开动的最小应力 F－R源开动条件： 推动力（外力） 位错运动点阵摩擦力和障碍物阻力 当外力作用在两端不能自由运动的位错上时，位错将发生弯曲。 由位错线张力与外力平衡关系： 即，弯曲半径r与外力τ成反比。 当位错弯曲成半圆时，r最小， τ最大。 * 7. 实际晶体中的位错 ——由简单立方，深化到面心立方、体心立方和密排六方晶体中的位错。 1）全位错与不全位错 （1）实际晶体中的位错类型 简单立方： b≡点阵矢量 ——只有全位错 实际晶体： b = 点阵矢量 b＝点阵矢量整数倍 —— 全位错 其中b＝点阵矢量 ——单位位错 b≠点阵矢量整数倍 ——不全位错 其中b 点阵矢量 ——部分位错 * 不全位错 全位错 hcp 不全位错 全位错 fcc 不全位错 全位错 bcc 柏氏矢量 位错类型 晶体结构 * * * 位错逐排依次运动——塑变 原子面整体滑移——塑变 理论强度远大于实测值 探求新理论——位错理论 发现问题 促使 核