位错的运动.ppt

吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University2.3 2.3 位错的运动位错的运动 晶体的宏观塑性变形是通过位错运动来实现的晶体中存在位错时，只需用一个很小的推动力便能使位错发生滑动，从而导致金属的整体滑移，这揭示了金属实际强度和理论强度的巨大差别金属的许多力学性能与位错运动密切相关12/13/20221刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University位错的易动性位错的易动性处于1或2处的位错，其两侧原子处于对称状态，作用在位错上的原子互相抵消，位错处于低能量状态12/13/20222刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University位错滑移时的晶格阻力派一纳力（p-N）实质上是指周期点阵中移动单个位错所需的临界切应力(2-5)b为柏氏矢量；G为切变模量；为泊松比；w为位错宽度，它等于a/(1-)；a为滑移面的面间距近似计算式为12/13/20223刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University位错运动阻力派纳力位错由12经过不对称状态，位错必越过一势垒才能前进此阻力来源于周期排列的晶体点阵位错移动受到一阻力点阵阻力，又叫派纳力（Peirls-Nabarro）12/13/20224刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University 1）通过位错滑动而使晶体滑移，p较小派纳力派纳力2）p-N随a值的增大和b值的减小而下降3）p-N随位错宽度减小而增大一般ab，v约为0.3，则p为（10-310-4）G，仅为理想晶体的1/1001/1000晶体中原子最密排面其面间距a为最大，原子最密排方向其b值为最小，可解释晶体滑移为什么多是沿着晶体中原子密度最大的面和原子密排方向进行可见强化金属途径：一是建立无位错状态，二是引入大量位错或其它障碍物，使其难以运动12/13/20225刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University位错运动的其它阻力位错运动的其它阻力1.其它位错应力场的长程内应力作用；位错运动时发生交截，形成割阶、空位、间隙原子、位错反应等2.其它外来原子阻力，如位错线周围的溶质原子聚集的短程阻力，第二相粒子对位错运动的长程阻力3.高速运动位错（超过该介质中声速的1/10）还受到其它阻尼a.热弹性阻尼：高速运动可看成绝热过程，快速压缩导致温升，快速膨胀导致温度降低，温差使机械能转变为热能，引起阻尼b.辐射阻尼：运动时在势能峰谷间起伏，遇到峰减速，遇到谷加速，周期性的加速、减速散射弹性波，损失能量，带来阻尼c.声波散射阻尼：运动位错与声波作用，一是位错中心非线性应变区直接散射声子，二是声波在位错线上使位错振荡向外辐射弹性波12/13/20226刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University2.3.1 刃型位错的运动滑移：位错线在滑移面上的运动，如图位错线移动到晶体表面时，位错即消失，形成柏氏矢量值大小的滑移台阶刃型位错运动的两种方式：滑移、攀移12/13/20227刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University刃型位错的滑移12/13/20228刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University刃型位错的滑移完整晶体12/13/20229刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University刃型位错的滑移出现位错，产生滑移12/13/202210刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University刃型位错的滑移出现位错，产生滑移12/13/202211刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University刃型位错的滑移出现位错，产生滑移12/13/202212刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University刃型位错的滑移位错滑移出晶体表面，产生滑移台阶12/13/202213刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University刃型位错线的滑移xy使位错线AB沿x方向滑移12/13/202214刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University位错线的滑移位错线的滑移切应力作用下，位错线沿着位错线与柏氏矢量确定的唯一平面滑移位错线移动至晶体表面时位错消失，形成一个原子间距的滑移台阶，大小相当于一个柏氏矢量的值大量位错重复此过程，就在晶体外表面形成肉眼可见的滑移痕迹位错的滑移不会引起晶体体积的变化（V=0），滑移运动称为保守运动或守恒运动12/13/202215刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University2刃型位错的攀移刃型位错的攀移攀移-刃型位错垂直于滑移面方向的运动攀移的本质是刃型位错的半原子面向上或向下运动，于是位错线亦向上或向下运动通常把半原子面向上移动称为正攀移，半原子面向下移动称为负攀移攀移是通过原子的扩散来实现的 空位反向扩散至半原子面的边缘形成割阶随着空位反向扩散的继续，当原始位错线被空位全部占据时，原始位错线向上移动了一个原子间距，即刃型位错发生正攀移原子扩散至刃型位错半原子面的下方，使整条位错线下移了一个原子间距，位错发生负攀移 12/13/202216刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University刃型位错的攀移刃型位错的攀移位错的正攀移过程 12/13/202217刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University空位和原子的扩散，引起晶体体积变化，叫非守恒（非保守）运动攀移影响攀移因素影响攀移因素温度垂直于额外关原子面的压应力，促进正攀移温度升高，原子扩散能力增大，攀移易于进行 正应力拉应力，促进负攀移12/13/202218刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University2.3.2 螺型位错的运动螺位错无多余半原子面，只能作滑移在切应力作用下，位错线沿着与切应力方向相垂直的方向运动，直至消失在晶体表面，只留下一个柏氏矢量大小的台阶螺型位错移动方向与柏氏矢量垂直，位错线方向与柏氏矢量平行螺型位错的滑移没有固定的滑移面，螺型位错的滑移面是一系列以位错线为共同转轴的滑移面，理论上它可以在所有包含位错线的平面进行滑移 12/13/202219刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University螺型位错的运动螺型位错滑移时周围原子的移动情况代表下层晶面的原子代表上层晶面的原子原位错线处在1-1处在切应力作用下，位错线周围的原子作小量的位移，移动到虚线所标志的位置，即位错线移动到2-2处，表示位错线向左移动了一个原子间距反映在晶体表面上即产生了一个台阶与刃型位错一样，由于原子移动量很小，移动它所需的力很小12/13/202220刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University螺型位错的运动代表下层晶面的原子；代表上层晶面的原子下层晶面原子受力上层晶面原子受力螺型位错位置12/13/202221刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University螺型位错的运动代表下层晶面的原子；代表上层晶面的原子下层晶面原子受力上层晶面原子受力螺型位错位置12/13/202222刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University混合位错的滑移过程混合位错的滑移过程1点为纯螺型位错，2点为纯刃型位错，12表示混合位错。在外力作用下滑移区不断扩大，当12位错线在滑移面上滑出晶体后，使上下两块晶体沿柏氏矢量方向移动了一个原子间距，形成了一个滑移台阶混合位错是刃型位错和螺型位错的混合型其运动亦是两者的组合12/13/202223刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University混合位错运动混合位错运动12/13/202224刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University位错环的运动位错环的运动位错在滑移面上自行封闭形成位错环，位错环的柏氏矢量正好处于滑移面上符号相反的混合位错在同一切应力作用下滑移方向正好相反位错在滑移面上自行封闭形成位错环，位错环的柏氏矢量正好处于滑移面上符号相反的混合位错在同一切应力作用下滑移方向正好相反混合位错包含螺型位错，所以只能滑移，不能攀移12/13/202225刘志勇 吉吉 首首 大大 学学 物物 理理 与与 机机 电电 工工 程程 学学 院院 JiShou University位错环的运动位错环的运动位错环的运动方向是沿法线方向向外扩展位错环逐渐扩大而离开晶体时，晶体上、下部相对滑动一个台阶，其方向和大小与柏氏矢量相同位错环也可能反向运动而逐步缩小至位错环消失，这取决于切应力的方向12/13/202226刘志勇